Автореферат (Метод тестирования устойчивости телекоммуникационной системы управления беспилотных летательных аппаратов к воздействию сверхкоротких электромагнитных импульсов)

На правах рукописиФомина Ирина АндреевнаМЕТОД ТЕСТИРОВАНИЯ УСТОЙЧИВОСТИТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯБЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ К ВОЗДЕЙСТВИЮСВЕРХКОРОТКИХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИМПУЛЬСОВСпециальность 05.12.13 –Системы, сети и устройства телекоммуникацийАвтореферат диссертации на соисканиеученой степени кандидата технических наукМосква – 2015Работа выполнена в ОАО «Московский ордена Трудового Красного Знаменинаучно-исследовательский радиотехнический институт»Научный руководитель:Невзоров Юрий Витальевич,кандидат технических наукОфициальные оппоненты:Сахаров Константин Юрьевич,доктор технических наук, лауреат премииПравительства РФ в области науки и техники,ФГУП «Всероссийский научно - исследовательскийинститут оптико-физических измерений»,начальник лаборатории генерирования и измеренияпараметров электромагнитных импульсов, г.

МоскваВоскобович Владимир Викторович,кандидат технических наук,Московский технический университет связи иинформатики, проректор - директор ИПК МТУСИ,г. МоскваВедущая организация:ОАО «Московский научно-исследовательскийинститут «АГАТ», МО, г. Жуковский-2Защита состоится «18» июня 2015г.

в 16.00 на заседании диссертационногосовета Д 212.048.13 Национального исследовательского университета «Высшаяшкола экономики» по адресу: 123458, Москва, ул. Таллинская, 34, ауд.501.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики», по адресу:101000, г. Москва,ул. Мясницкая, д.20 и на сайте: www.hse.ru.Автореферат разослан «»2015 г.Ученый секретарьдиссертационногосовета, к.т.н., профессорГрачев Николай Николаевич2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы и степень разработанности темы исследования.Последнее десятилетие отмечено увеличением темпов роста развитиябеспилотных летательных аппаратов (БПЛА) за счет использования их в различных целях не только в гражданской области, но и для военного назначения.В связи с разнообразием задач, выполняемых в различных условиях,БПЛА могут подвергаться прямому электромагнитному воздействию (ЭМВ) натраектории полета.

Одним, из ЭМВ является новое эффективное сверхкороткоимпульсное электромагнитное излучение (СКИ ЭМИ). Воздействие таких источников на системы летательных аппаратов по сравнению с ЭМИ ядерноговзрыва при сопоставимых амплитудных напряженностях электрического поляявляются более эффективными, так как основной особенностью данного излучения является соизмеримость длительности действующих импульсов с длительностью информационных сигналов.При этом, следует учитывать, что бортовое радиоэлектронное оборудование (БРЭО), системы электропитания, исполнительные механизмы, вычислители и другие элементы, входящие в состав системы управления БПЛА, а такжецелевая нагрузка, как правило, распределены по различным конструкционнымчастям БПЛА (крыло, фюзеляж, киль, стабилизатор) на соответствующих расстояниях. Все вышеперечисленные блоки, агрегаты и устройства соединеныструктурированной кабельной системой (коаксиальный кабель, витая пара,оптоволокно и т.п.), которая может рассматриваться как телекоммуникационная система управления (ТКСУ).

В такой системе нарушение ее информационной целостности в одном звене может привести к частичному нарушению илиполной потере передаваемого информационного сигнала, и как следствие, приопределённых условиях, к нарушению функционирования всего бортового оборудования БПЛА, в том числе радиоэлектронного, как наиболее подверженноговнешним воздействиям, вплоть до полной потери беспилотным комплексомсвоей управляемости и работоспособности.Высокие темпы развития цифровой вычислительной техники, увеличениеобъема и быстродействия передаваемой информации в ТКСУ, а также необходимость дистанционного управления БПЛА в режиме реального масштаба времени, определяют актуальную необходимость обеспечения устойчивого функ3ционирования БПЛА при условии воздействия СКИ ЭМИ.Существенный вклад в изучение данной проблемы внесли российскиеученые Л.Н.

Кечиев, Ю.В. Парфенов, Н.В. Балюк, К.Ю. Сахаров, Т.Р. Газизов,Л.О.Мырова, С.И. Комягин, В.Ю. Кириллов, Р.В. Киричек), а также зарубежныеученые (W. Radasky, C. Baum, D. Nitsch, I. Kohlberg, F. Tesche, H. Garbe, F. Sabath,M. Ianoz), при участии которых проведено значительное количество исследований, подтверждающих, что с помощью средств генерации СКИ ЭМИ можно воздействовать на обмен данными по сети между оконечными устройствами системыуправления.В рассмотренных работах представлен научно-методический аппарат,позволяющий выполнить анализ источников опасных для летательных аппаратов электромагнитных помех, оценить проникновение, распространение и воздействие их на элементы и устройства ТКСУ, обеспечить выполнение расчетноэкспериментальной оценки стойкости БПЛА к воздействию ЭМВ.

Однако, учитывая специфику решаемых в ТКСУ БПЛА задач и разработку новых типов источников СКИ ЭМИ, можно сделать вывод о неприменимости имеющихся результатов для проведения оценки устойчивости ТКСУ БПЛА к воздействиюперспективных видов излучения.Кроме того, анализ существующих разработок в области создания средствгенерации СКИ ЭМИ показывает отсутствие необходимого отечественного изарубежного оборудования для решения задачи тестирования устойчивостифункционирования ТКСУ БПЛА на этапах наземных и летных испытаний.С учетом изложенного можно сделать вывод, что СКИ ЭМИ является новойсерьезной угрозой для системы управления БПЛА.

Это определило научную ипрактическую значимость решаемой в диссертации задачи, направленной на разработку нового универсального метода тестирования, который позволял быопределять присутствие БПЛА в воздушном пространстве (его координаты, скорость, удаленность относительно испытательного комплекса), прогнозироватьдальнейшее направление его полёта и задавать необходимые азимут и параметрывоздействия генерируемых излучений. Такие данные являются основой для проведения оценки и разработки рекомендаций по обеспечению требуемого уровняустойчивости любых БПЛА.Целью работы является обеспечение устойчивого функционирования4системы управления беспилотного летательного аппарата при условии воздействия СКИ ЭМИ, путем определения критериальных уровней ее устойчивостина основе разработанного универсального метода тестирования влияния СКИЭМИ на характеристики его телекоммуникационной системы управления.Для достижения поставленной цели необходимо решить следующиеосновные задачи:1.

Анализ состояния проблемы обеспечения устойчивого функционирования системы управления БПЛА в условиях воздействия СКИ ЭМИ.2. Исследование особенностей воздействия СКИ ЭМИ на ТКСУ беспилотных летательных аппаратов.3. Обоснование критерия отказа устойчивости ТКСУ БПЛА к воздействию СКИ ЭМИ с учетом минимально допустимых уровней СКИ ЭМИ, влияющих на устойчивость телекоммуникационных устройств системы управления.4. Определение критериальных уровней устойчивого функционированияТКСУ БПЛА при условии воздействия СКИ ЭМИ на этапе их стендовых и летных испытаний.5.

Разработка универсального метода тестирования устойчивости функционирования ТКСУ БПЛА в условиях воздействия СКИ ЭМИ на этапе ихстендовых и летных испытаний.6. Разработка алгоритма тестирования устойчивости ТКСУ БПЛА для реализации его в специальном программном обеспечении (СПО).7. Разработка модификации комплекса воздействия СКИ ЭМИ путем создания нового СПО для решения задачи тестирования БПЛА.8. Обоснование методики экспериментальной проверки разработанногоалгоритма тестирования устойчивости ТКСУ БПЛА при условии воздействияСКИ ЭМИ.Методы исследования. При решении поставленных задач использовались теория электромагнитного поля, метод расчета импульсных электромагнитных полей во временной области для рупорных антенн, методы системногоанализа, теоретические и экспериментальные методы исследования.Научная новизна диссертационной работы.Научная новизна данной работы заключается в следующем:1.

Разработан универсальный метод тестирования беспилотного лета5тельного аппарата, позволяющий, в отличие от известных, определять критериальные уровни СКИ ЭМИ для оценки показателей устойчивости телекоммуникационной системы управления в режиме реального времени2. Разработаны критерии оценки устойчивого функционирования телекоммуникационной системы управления беспилотного летательного аппарата вусловиях воздействия СКИ ЭМИ и обоснованы минимальные уровни СКИЭМИ, необходимые для начального тестирования системы.3. Разработан алгоритм управления оригинальной тестовой системы, реализующий разработанный метод, позволяющий формировать требуемые тестовые воздействия СКИ ЭМИ в заданной точке пространства.4. Разработан алгоритм визуализации позволяющий корректировать в режиме реального времени критериальные уровни, не приводящие к отказу телекоммуникационной системы управления БПЛА.5.

Разработана методика экспериментальных исследований для анализатестовой системы, позволяющая подтвердить достоверность полученных расчетных значений формируемых уровней воздействующего СКИ ЭМИ.Положения, выносимые на защиту:- универсальный метод тестирования устойчивости беспилотного летательного аппарата в условиях воздействия СКИ ЭМИ должен обеспечиватьопределение критериальных уровней функционирования системы управления –путем слежения за беспилотным летательным аппаратом в режиме реальноговремени, сбора и обработки исходных данных о его местоположении, а такжеопределения допустимых уровней токов и напряжений, наводимых в чувствительных узлах ТКС при заданном воздействии, и регистрации превышения этихуровней;- алгоритм тестирования беспилотного летательного аппарата позволяетобеспечивать формирование луча излучения с необходимыми параметрамиСКИ ЭМИ в определенной точке пространства в зависимости от установленныхминимально допустимых уровней излучения, а также плавное увеличениеуровней тестовых воздействий до уровней, не приводящих к отказу системы, засчет формирования обратной связи датчиков, находящихся на беспилотном летательном аппарате, с тестовой системой;- алгоритм визуализации тестовой системы позволяет обеспечивать в ре6жиме реального времени отображение направления формирования луча излучения СКИ ЭМИ с учетом обработки исходных данных о местоположении и характеристиках беспилотного летательного аппарата, а также фиксацию критериальных уровней устойчивого функционирования телекоммуникационной системы управления, для оперативного управления испытанием беспилотного летательного аппарата.Практическое значение диссертационной работы.Практическая значимость диссертационной работы состоит в том, что полученные результаты позволяют:- развивать новейшие средства воздействия СКИ ЭМИ, путем универсализации метода тестирования устойчивости к воздействию СКИ ЭМИ любыхтипов БПЛА;- производить тестирование и управлять уязвимостью ТКСУ БПЛА призаданных параметрах воздействующего поля СКИ ЭМИ;- разрабатывать рекомендации для создания помехоустойчивых перспективных телекоммуникационных систем управления БПЛА.Степень достоверности.Достоверность полученных автором научных и практических результатовопределяется обоснованностью выбора исходных данных; основных допущенийи ограничений при постановке частных задач исследования; соответствием результатов расчетов с результатами экспериментальных исследований, проведенных лично автором; апробацией результатов исследований автора на международных и всероссийских научно-технических конференциях.Апробация результатов исследования.Работа в целом и отдельные ее результаты докладывались и обсуждались наследующих международных и всероссийских конференциях:- научно-практическая конференция «Инновации в условиях развития информационно-коммуникационных технологий.