Kiek veiksminga anti-FPV įranga, blokuojanti dronų vaizdo perdavimą?

Suprantant FPV dronų vaizdo perdavimą ir signalo pažeidžiamumą

Kaip FPV dronai naudoja 2,4 GHz ir 5,8 GHz juostas realaus laiko vaizdo perdavimui

Dauguma FPV bepiločių vienu metu naudoja dvi radijo dažnių juostas – paprastai 2,4 GHz valdo valdymą, o 5,8 GHz perduoda tiesioginį vaizdo srautą atgal į pilotui skirtas akinius. Žemesnė 2,4 GHz juosta geriau praeina pro kliūtis, tačiau nėra tokia greita, tuo tarpu 5,8 GHz suteikia aiškų HD vaizdą be didelio vėlavimo. Tačiau pagal neseniai atliktus tyrimus, atliktus GPSPatron, beveik devyni iš dešimties komercinių FPV sistemų neturi šių patobulintų dažnio šokinėjimo funkcijų. Tai reiškia, kad jų signalai seka gana įprastus modelius, todėl lengva anti-bepilotinių priemonių technologijoms juos blokuoti ar perimti ryšį.

RF ryšio vaidmuo pirmo asmens vaizdo (FPV) bepiločių skrydžiuose

Norint transliuoti vaizdo įrašą realiu laiku, pilotų akiniams reikia nuolatinės radijo dažnių ryšio su tikrais dronais lauke. Paimkime pavyzdį iš Ukrainos fronto linijos. Kai pilotai naudoja signalo stiprintuvus, jie gali padidinti savo veikimo spindulį iki maždaug 15 kilometrų. Tačiau yra viena problema. Šie sustiprinti signalai sukuria gana pastebimus RF signalus, kurių galia siekia daugiau nei 25 dBm. Tokio stiprumo signalas yra panašus į mažo mobilaus telefono bokšto skleidžiamą. Ir atspėkite, kas nutinka? Anti-FPV gynybos sistemos lengvai aptinka šiuos signalus ir nustato tiksliai, kur slypi dronų operatorius.

Pagrindiniai FPV signalų perdavimo trūkumai, kuriais pasinaudoja anti-FPV sistemos

Trys kritinės silpnos vietos apibrėžia elektroninius FPV sistemų trūkumus:

1. Fiksuotos kanalų priskyrimo schemos : 72 % dronų naudoja gamintojų nustatytus dažnių kanalus (Sciencedirect 2024)
2. Nešifruota telemetrija : Leidžia klastoti aukštį ir GPS duomenis
3. Daugkartinis iškraipymas : Miesto aplinkos sukelia 40–60 % signalo silpnėjimą (Sciencedirect 2024), verčiant pilotus didinti perdavimo galingumą

Šios ydos leidžia šiuolaikinėms anti-FPV sistemoms trikdyti vaizdo perdavimą naudojant vos 500 mW kryptinio trukdymo tinkamuose dažniuose

Pagrindinės anti-FPV technologijos: trukdymas, aptikimas ir signalo trikdymas

Elektroninio karo sistemos ir jų veiksmingumas prieš FPV skrydžius

Šių dienų elektroninio karo sistemos gali labai sutrikdyti FPV dronų veikimą, iš esmės užtvindydamos jų valdymo ryšius ir trikdydamos GPS signalus. Pagal 2023 metais paskelbtą C4ADS tyrimą, beveik devyni iš dešimties Rusijos FPV dronų, sugautų kovos zonoje, visiškai praranda ryšį, kai yra veikiami daugiau nei 50 vatų trukdžių signalais. Tai, kas daro šias elektroninio karo sistemas tokias veiksmingas, yra tai, kad jos neapsiriboja chaotišku visko blokavimu. Vietoj to, jos derina platųjį spektrą apimančius trikdžius su specifiniais puolimais, nukreiptais į dronų programinės įrangos silpnąsias vietas. Paimkime, pavyzdžiui, DJI „OccuSync“ technologiją. Praėjusiais metais „DroneSec“ pranešė, kad apie dvi trečdalis modifikuotų FPV dronų iš tikrųjų naudoja šią sistemą. Tačiau vos tik pasirodo nuolatinis radijo dažnio trikdymas, trunkantis ilgiau nei tris sekundes, šie dronai pradeda elgtis nenuspėjamai ir greitai praranda patikimumą.

Dviejų juostų trukdžiai (2,4 GHz ir 5,8 GHz) ir jų poveikis FPV signalo trikdymui

Anti-FPV sistemos vienu metu taiko 2,4 GHz (valdymas) ir 5,8 GHz (vaizdo perdavimas) dažnius, naudodamos fazės masyvo antenas. Vienos pirmaujančios gynybos gamintojo atlikti bandymai parodė, kad dviejų juostų trikdymas pasiekia 94 % sėkmingumo lygį per 800 metrų, palyginti su 62 % vienos juostos sprendimams. Našumas kinta priklausomai nuo aplinkos:

RF aptikimo ir radijo signalo trikdymo integracija šiuolaikinėse priešdronų platformose

Šiuolaikinės sistemos dabar naudoja šiuos modernius programiniais būdais apibrėžiamus radijus (SDR), kurie gali greitai pagauti tuos FPV signalus – per maždaug pusę sekundės, kaip nurodyta Ukrainos EW operatoriaus vadove praėjusiais metais. Kai aptinkamas 5,8 GHz vaizdo signalas, didžioji dalis energijos nedelsiant nukreipiama į jį – iš tikrųjų apie du trečdalius visos galimos galios. Tačiau įdomu tai, kad jie vis tiek palaiko tam tikrą trukdžių kibirkščiavimą ir 2,4 GHz ruože. Atsižvelgiant į realaus pasaulio bandymus, atliktus Charkovo regione, operatoriai pastebėjo kažką svarbaus. Jų metodika sumažino neplanuotus savo ryšio kanalų sutrikdymus maždaug 40 procentų, lyginant su tuo, kai tiesiog be atrankos trukdžiama viskam.

Kliūtys trikdant besivystantiems FPV dažniams: Rusijos bepiločių taikymo taktikos atvejis

Pastaruoju metu rusai tapo išradingesni naudodami FPV bepiločius. Pagal Conflict Armament Research duomenis, pernai jie naudojo šiuos bepiločius dažnių diapazone žemiau 1 GHz maždaug trečdalyje atakų, kas padaro įprastinę prieš bepiločius kovos įrangą beveik nenaudingą. Tam pasipriešinti gynybos sistemos pradeda integruoti tai, kas vadinama kognityvine radijo technologija. Šios naujos sistemos kas pusę sekundės skenuoja 0,7–6 GHz diapazoną ir atitinkamai koreguoja trikdymo signalus. Problema? Visa ši sistema yra itin energiją sąnaudaujanti. Energijos suvartojimas padidėja apie dvigubai lyginant su ankstesniu lygiu, todėl kariams lauke, kurie priklauso nuo nešiojamų energijos šaltinių, tampa labai sunku.

Pažangios prieš FPV antenos ir krypties trikdymas kovos zonose

Kaip prieš FPV antenos taikosi į 2,4 GHz ir 5,8 GHz, kad sutrikdytų vaizdo perdavimą

Naujesnės kartos anti-FPV antenos naudoja fazuotųjų masyvų technologiją, kad kryptingai siųstų trikdžių signalus į tuos svarbius 2,4 GHz ir 5,8 GHz dažnius, kuriuose veikia dauguma FPV sistemų. Šie masyvai gali susiaurinti spindulio plotį iki 15–30 laipsnių, dėl ko jie turi apie 12–18 dB pranašumą lyginant su įprastiniais viskrypčiais trikdžių siųstuvais. Tai reiškia, kad jie gali sutrikdyti nereikalingus signalus, neypatingai trikdydami artimiausias ryšių sistemas. Pagal praėjusiais metais atliktus Gynybos spektro agentūros tyrimus, toks požiūris sumažina atsitiktinį signalo trikdymą maždaug trim ketvirtais, todėl tai yra žymiai švaresnis sprendimas operatoriams, kurie vietovėje turi palaikyti kitas radijo ryšių sistemas.

Anti-FPV antenų veiksmingumas realiomis sąlygomis: 90–98 % sėkmės rodiklis

Lauko duomenys iš Ukrainos 2023 metų priešdronų operacijų rodo, kad krypties sistemos atviroje vietovėje iš 800 metrų nutraukė 94 % vaizdo perdavimą, o miesto teritorijose dėl atspindžių šis rodiklis sumažėjo iki 87 %. Sistemos, integruojančios kognityvinį dažnio šokinėjimą, išlaikė 91 % veiksmingumą prieš lanksčius FPV pavojus, pranašesnės už statinius trikdymo įrenginius 34 % (NATO Elektroninio karo grupė, 2023).

Atvejo tyrimas: Ukrainos fronto linijoje naudojami kryptiniai anti-FPV trikdymo įrenginiai

Netoli Bachmuto, mobilusis anti-FPV padalinys per šešių savaičių veikimą pavyko sustabdyti apie 89 procentų priešo dronų misijų dėka krypties triukšmo siųstuvų, sumontuotų ant transporto priemonių. Sistema apima apie 55 laipsnius horizonte ir nukreipta į 5,8 GHz dažnių juostą, kas sumažino sėkmingus FPV savižudybinius puolimus maždaug 78 procentais. Lauko operatoriai taip pat pastebėjo kažką įdomaus – dauguma taikinių visiškai praranda vaizdo ryšį, kai yra atakuojami nuo 500 iki 700 metrų atstumu, tokie atvejai vyksta apie 93 procentais atvejų, pagal ataskaitas. Tai, kas daro šią sistemą ypač patrauklią, yra kaina – ji sudaro tik apie 62 procentus to, kiek tradicinės teritorijos neleidimo sistemos kainuotų už kiekvieną apsaugomą kvadratinį kilometrą. Tokio tipo sutaupymai greitai kaupiasi, kai reikia apsaugoti didelius plotus nuo oro grėsmių.

Kartos priekinės anti-FPV sistemos: intelektualios, selektyvios ir dirbančios su dirbtiniu intelektu

Intelektualus ir selektyvus trikdymas, siekiant išsaugoti savo ryšius

Naujausi anti-FPV sistemos remiasi dirbtiniu intelektu, kad valdytų radijo dažnius ir sulaikytų priešo bepilotius skrydžio aparatus nuo vaizdo perdavimo, tuo pačiu išlaikant savo ryšį nepažeistą. Dabar tai jau nebe paprasti triukšmų skleidėjai. Vietoj to, protingi algoritmai analizuoja, kaip skirtingi signalai elgiasi per bangas, atskirdami erzinančius 2,4 GHz ir 5,8 GHz FPV ryšius, kuriuos naudoja priešai, nuo leistinų perdavimų. Paskelbti praėjusiais metais tyrimai parodė, kad šios DI sistemos gali blokuoti nereikalingus FPV signalus su apie 92 % sėkmingumo rodikliu, kas yra tikrai įspūdinga, lyginant su senesnėmis technikomis, kurios pasiekė tik apie 58 %. Toks tikslumas lemia viską realiose operacijose, kur būtina išlaikyti ryšio kanalus absoliučiai kritiškai svarbius.

Adaptyvūs anti-FPV atsakymai, naudojant dirbtinio intelekto valdomą spektro analizę

Anti-FPV sistemos, kurios veikia tikro laiko mašininio mokymosi pagalba, gali prisitaikyti prie naujų moduliacijos schemų maždaug per sekundę – tai apie 60 kartų greičiau nei žmonės gali padaryti rankiniu būdu. Šios technologijos pagrindą sudarančios giluminio mokymosi modeliai buvo treniruojami naudojant apie 120 tūkstančių skirtingų FPV signalų pavyzdžių, todėl jos geba atpažinti naujus triukus, tokius kaip dažnio šokinėjimas, ir automatiškai taikyti specifines priemones jiems neutralizuoti. Tikrinant jų veikimą realiomis lauko sąlygomis, šios protingos sistemos sumažino nepastebėtų signalų aptikimą maždaug 78 procentais, lyginant su tradiciniais taisyklių pagrindu veikiančiais aptikimo metodais. Toks patobulinimas daro didelį skirtumą praktinėse situacijose, kur labai svarbus laiku reaguoti.

Tendencija: Kognityvinės radijo technikos dinaminėse elektroninės kovos aplinkose

Viso pasaulio šiuolaikinės ginkluotosios pajėgos pradeda integruoti kognityviosios radijo technologijas į savo veiklą. Šios pažangios sistemos gali dinamiškai koreguoti trikdymo nustatymus priklausomai nuo to, kas vyksta su radijo dažniais bet kurį konkrečią akimirką. Kariniai tyrėjai nustatė, kad sujungus šias radijo sistemas su mašininio mokymosi metodais, jos tampa efektyvesnės reguliuojant signalo galios lygius, nukreipiant signalus ten, kur jie reikalingi, ir parinkdamos tinkamus dažnius trukdžiams sukelti. Tai faktiškai padidino šių sistemų veikimo nuotolį apie 40 procentų intensyviai naudojamose miesto teritorijose, kuriose yra įvairiausi elektromagnetiniai trikdžiai. Gynybos sektoriaus ataskaitos iš įmonių, tokių kaip Booz Allen Hamilton, teigia, kad iki dešimtmečio vidurio turėtų žymiai sumažėti neplanuotas elektroninių atakų padaromas žalos mastas. Kai kurie vertinimai rodo, kad šalutinė žala gali sumažėti beveik 90 procentų, lyginant su tuo, kas vyko vos prieš trejus metus.

Nešiojami ir integruoti FPV prevencijos sprendimai taktinei gynybai

Nešiojami priešdroniniai trukdžiai (pvz., DroneGun MkIII) ir veikimo nuotolis

Nešiojamieji prieš FPV trukdžiai, kurie gali būti nešami judant, efektyviai veikia apie 1–2 kilometrų atstumu. Jie trikdo vaizdo signalus naudodami dviejų juostų technologiją tiek 2,4 GHz, tiek 5,8 GHz dažniuose. Lengvesni modeliai, sveriantys mažiau nei 10 kilogramų, paruošti naudoti per penkias minutes. Kai kurie naujesni modeliai pasižymi itin dideliu galingumu – iki 540 vatų, kas iš tiesų yra trigubai daugiau nei senesnės kartos sistemų galimybės. Šios priemonės sukurtos greitam perkėlimui ir leidžia žemės pajėgoms greitai organizuoti laikinus trukdžių zonas aplink svarbią įrangą, nereikiant sunkios papildomos įrangos.

Mobilės priešdroninės sistemos ant transporto priemonių fronto apsaugai

Į transporto priemones montuojamos prieš FPV sistemos padidina aptikimo ribas iki 3–5 km, autonomiškai peržvelgiant dronų signalus konvojų judėjimo metu. Integruotos kryptinės antenos užtikrina 360 laipsnių apimtį net greičiu daugiau nei 60 km/h, tuo tarpu dirbtinio intelekto analizė atmeta nekenksmingus signalus. Ši galimybė sumažina klaidingus įspėjimus 40 % lyginant su stacionariomis sistemomis.

Strategija: Daugiasluoksnė gynyba naudojant nešiojamąsias, mobilias ir fiksuotas prieš FPV sistemas

Kai šiuos nešiojamuosius įrenginius sujungiame su mobiliaisiais sistemomis ir pastovios vietos įranga, 2025 metų lauko tyrimai rodo, kad realiomis kovinėmis sąlygomis dengimo spragos sumažėja beveik 90 %. Naujesnės sistemos naudoja taip vadinamąją kognityvinę radijo technologiją, kuri protingai perskirsto energijos paskirstymą tarp 2,4 GHz ir 5,8 GHz dažnių diapazonų, visada koncentruodamasi ties aktyviais grėsmės šaltiniais. Pastaruoju metu karinėms pajėgoms ši daugiasluoksnė strategija daro esminį skirtumą. Per keletą neseniai vykdytų operacijų, aptikus priešo FPV dronus, mūsų koordinuota trikdymo sistema per aštuonis sekundes sėkmingai neutralizavo apie 95 % jų. Toks reakcijos laikas yra absoliučiai būtinas šiuolaikinėse karo situacijose.