Диссертация (Метод тестирования устойчивости телекоммуникационной системы управления беспилотных летательных аппаратов к воздействию сверхкоротких электромагнитных импульсов), страница 3

Они включают в себя:- электромагнитные поля радиопередающих средств;- электромагнитные поля радиолокационных станций;- электромагнитные поля высоковольтных линийэлектропередачи внормальном режиме работы и в режиме короткого замыкания;- электромагнитные поля контактной сети железных дорог в нормальномрежиме работы и в режиме короткого замыкания;-электромагнитныеполяэлектрооборудованияавиационныхикорабельных носителей БПЛА. электромагнитное оружие:- взрывомагнитные генераторы;- установки сверхширокополосных (сверхкороткоимпульсных) импульсов;- установки излучения в микроволновом диапазоне.

[33,34,43,44]Таким образом, все электромагнитные излучения, которыми можетподвергаться БЛА в процессе выполнения задач, рассмотрены на рисунке 1.1.15Рисунок 1.1 – Состав электромагнитных воздействий, которым подверженБПЛА в процессе выполнения задач.Вопросыстойкостииустойчивостибортовойрадиоэлектроннойаппаратуры летательных аппаратов к воздействиям мощного электромагнитногоимпульса, электростатического разряда и молнии рассмотрены в работах [1, 5, 6,7, 9-11, 14, 29, 33, 34, 43, 44, 52, 64,110], где предложены требования, расчетные ирасчетно-экспериментальные методы.

Однако, в связи с колоссальными темпамиразвития генераторов сверхкороткоимпульсного электромагнитного излучения(СКИЭМИ),преднамеренногонедостаточнаявоздействияосведомленностьнаустройстваомеханизмахтелекоммуникации,влияниявопросустойчивости БЛА к воздействию сверхкороткоимпульсного электромагнитногоизлучения (СКИ ЭМИ) в меньшей степени исследован, и тем самым являетсянаиболее актуальным на сегодняшний день.Особенно важным являются исследования устойчивости беспилотныхлетательных аппаратов при воздействии СКИ ЭМИ на этапе летных испытаний,для определения уязвимых узлов и режимов работы системы управления и16дальнейшейразработкирекомендацийпозащитеотрассматриваемоговоздействия.1.2 Анализ сверхкоротких электромагнитных импульсов и средств ихгенерацииРаботы по изучению сверхкоротких импульсов или как принято внастоящее время - сверхкороткие электромагнитные импульсы (СКИ ЭМИ) былиначаты после того как в 1963 году был подписан Договор об ограничениииспытаний ядерного оружия в трех средах.Исследованиями было установлено, что при уменьшении длительностиЭМИ до значений порядка 1010 с, когда их спектральный состав лежит винтервале от сотен МГц до единиц ГГц, излучения обладают рядом свойств,позволяющих использовать их для решения новых задач, недоступных дляобычной радиотехники.

Они представляют собой тонкий (несколько см.) слойэлектромагнитной энергии с импульсной мощностью в десятки и сотни МВт,распространяющийсявпространствесоскоростьюсвета.Изначальноисследования развивались в двух основных направлениях – СК ЭМИрадиолокации и СК ЭМИ радиосвязи.Были созданы локаторы для обнаружения и идентификации объектов, какв воздухе, так и под покровом леса, под водой и под поверхностью земли,благодаря тому, что последовательно отражаясь от элемента объекта, СКИ ЭМИлокатора несет информацию, как о координатах, так и о размерах, структуре иматериале объекта.

Проектирование таких локаторов позволило разработатьцелый ряд технических средств для систем охранной сигнализации и дляавтоматическогоконтролятранспортнымисредствами.вцеляхбезопасностиЧувствительностьСКрасстоянийЭМИмеждулокаторовкобнаружению сигналов, отраженных от пульсирующих органов человеческоготела (сердце, легкие, магистральные сосуды) позволило разработать дешевые17малогабаритные приборы для непрерывного дистанционного контроля пульса,дыхания и наполнения сосудов.Разработки в направлении средств СКИ ЭМИ радиосвязи, также привели кновым открытиям в этой области. Данные средства связи, при соблюденииопределенных правил, не мешают традиционной радиосвязи.

Были разработанытакие устройства как, СКИ ЭМИ радиотелефон, а также аппаратура скрытнойдвухсторонней телефонной связи и беспроводная локальная связь. [63]Основные преимущества СКИ ЭМИ связи – малое энергопотребление,нечувствительность к переотражениям сигнала – оказались чрезвычайно важныдля военных применений. По ряду причин основная область применения СКИЭМИ связи – тактическая радиосвязь на расстояниях до 10 км. Кроме того,особенностью таких импульсов по сравнению с традиционными источникамипреднамеренных помех – сверхширокополосность и большая импульснаяамплитуда.

[53]Таким образом, технологии СКИ ЭМИ имеют достаточно широкуюобласть применения в различных областях.Развитиевычислительныхсистемхарактеризуетсяпостояннымувеличением числа решаемых задач и повышением их сложности, расширениеминтеллектуальных и адаптивных возможностей. Современные вычислители,являющиеся ядром телекоммуникационных систем управления и контроля БПЛА,все в большей степени оснащаются электронными элементами, чувствительнымик электромагнитным воздействиям. Повышение степени интеграции элементнойбазы электроники, и, как следствие, снижение электрической прочностиотдельных компонентов аппаратуры приводит к снижению устойчивостибортовой системы управлении БПЛА при воздействии электромагнитныхфакторов различного происхождения, в том числе сверхкороткоимпульсногоэлектромагнитного излучения. [76]При воздействии СК ЭМИ в цепях радиоэлектронных и электронновычислительных систем наводятся сигналы, аналогичные рабочим, что приводитк нарушению работы этих систем.[62,63] Наиболее характерными примерами18проявлений воздействия СКИ ЭМИ на элементы и узлы могут быть такие явления,как сбои в каналах связи, потери информации в бортовых сетях, отказы всейсистемы контроля и управления подвижным комплексом и т.п.Оказалось, что достаточно мощное СК ЭМИ излучение способно не тольконарушать работу электронно-вычислительных средств, но и может создаватьсятайно, анонимно и на большом удалении от поражаемого объекта.

Она можетпоразить большое число целей и, что наиболее существенно, все эти приборынедоступны для обнаружения и подавления существующими средствамирадиопротиводействия, использующими узкополосные сигналы. В связи с этимпоявился новый термин «электромагнитный терроризм».По общему мнению, большинства зарубежных и отечественных военныхэкспертов, электромагнитное оружие, в том числе и на основе излучателей СКЭМИ, будет иметь то же значение, что и ядерное оружие во второй половине 20века. При этом оно высокоэффективно, экологически чистое, относительногуманное, может действовать скрытно, направленно и мгновенно. Обзор работпоказывает, что в ближайшее десятилетиенаиболеевероятнопоявлениеизлучателей мощных сверхкоротких электромагнитных импульсов, которыеприменяться в том числе, и для функционального поражения информационных ителекоммуникационных систем путём разрушения (повреждения) элементов илиузлов.

[53]Так в последние годы появились новые мощные генераторы, излучающиепериодические и однократные сверхкороткие электромагнитные импульсы (СКЭМИ) с длительностью импульсов сотни пикосекунд, напряженностью полясотни кВ и частотой повторения десятки мегагерц, рисунок 1. [73] Работы посозданию такого рода источников излучения проводятся в ряде организаций:ОИВТ РАН, НИИПП, ВНИИОФИ, НИИИТ, ГНИИИ ПТЗИ, ТУСУР , ОАО«МНИРТИ», и др.Установки сверхкоротких импульсов состоят из генераторов импульсов смалой длительности и излучающих антенн, позволяют создавать направленноеизлучение со следующими параметрами:19- длительность импульсов от 0,1 до 0,3 нс;- длительность фронта импульса от 85 до 250 пс;- амплитуда напряженности электрического поля 56 кВ/м на расстоянии 100 м;- частоты повторения импульсов варьируются от сотен герц до несколькихкилогерц.[34,20,21]Сучетомвышеизложенногоследует,чтовнастоящеевремяпреднамеренные сверхширокополосные электромагнитные помехи являютсяновой серьезной угрозой для телекоммуникационных систем управления БЛА.На сегодняшний день несколькими научными школами, возглавляемымироссийскими (Ю.

В. Парфеновым, Л. Л. Синим, Л. Н. Кечиевым, Н. В. Балюком,Л. О. Мыровой, К. Ю. Сахаровым, Т. Р. Газизовым, Э. Н. Фоминичем, С. Ф.Чермошенцевым, М. И. Жуковским, С. А. Сухоруковым) и зарубежными (W.Radasky, C. Baum, D. Nitsch, I. Kohlberg, D. Giri, F. Tesche, H. Garbe, F.

Sabath, M.Ianoz)специалистами, проведенозначительное количествоисследований,подтверждающих, что с помощью генераторов сверхкоротких электромагнитныхимпульсов (СКи ЭМИ) можно воздействовать на обмен данными по сети междуоконечными пользователями, сетевое соединение при этом не разрушается.На данный момент выполнено достаточное количество работ (КиричекР.В., Ольшевский А.Н., Ведмидский А.А., Тяпин М.В., Михайлов А.В.,Ларионенко А.В., Корнев А.Н., Здухов Л.Н., Едлин М.Ю.) по исследованиювоздействия СК ЭМИ на телекоммуникационные системы и сети, процесспередачи данных в сетях Ethernet, системы видеонаблюдения, радиотехническиеустройства, бортовые цифровые вычислительные машины, средства защитылокальных вычислительных сетей, кабельные коммуникационные системы,персональный компьютер, системы памяти и т.п., которые показали уязвимость кданному рода воздействию.В связи с этим, особенно важным является решение задачи пообеспечению устойчивости беспилотных летательных аппаратов при действииСКИ ЭМИ, как наиболее перспективных и функционально важных в настоящеевремя, выполняющих различного рода задач, как в гражданских, так и в военных20целях.

Для решения данной задачи необходимо провести анализ беспилотныхлетательных аппаратов и определить наиболее чувствительные узлы к СКИ ЭМИ.1.3 Обзор существующих беспилотных летательных аппаратов, какобъекта подверженного воздействию СКИ ЭМИНачало XXI века можно характеризовать возросшим интересом кбеспилотной летательной технике практически во всех развитых странах.Революционноеразвитиебеспилотныхлетательныхаппаратов(БПЛА)представляется эффективным для решения широкого спектра задач в различныхобластях.Существует перспектива применения БЛА и в тех областях, гдеотсутствие пилота на борту позволяет сделать летательный аппарат болеекомпактным и дешевым. В США наблюдается наиболее интенсивное развитиебеспилотной летательной техники, где затрачивается 73% от расходов наразработку и производство БЛА, осуществляемых во всем мире и в ближайшиегоды финансирование военных программ развития БЛА планируется увеличитьпочти на порядок.

Совершенно очевидно, что наряду с сугубо военнымиразработками в области БЛА появятся также средства и технологии двойногоназначения. Американская авиационная индустрия, испытывающая кризис врезультате падения спроса на пассажирские самолеты, уже сейчас активноизучает области возможного расширения спроса в гражданской сфере набеспилотную технику и делает настойчивые попытки к широкому внедрению ее внародном хозяйстве.К наиболее перспективным направлениям можно отнести использованиеБЛАдлявидеомониторингаиохранытранспортныхсетейтопливно-энергетического комплекса, патрулирования транспортных магистралей, лесныхмассивов и охраняемых территорий, в разведывательных целях и для аэросъемок,и т.п.