RU2695015C1

RU2695015C1 - Method of detecting and hitting unobtrusive combat mini- and micro-drones

Info

Publication number: RU2695015C1
Application number: RU2018139359A
Authority: RU
Inventors: Николай Сергеевич Кузнецов
Original assignee: Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Дельта"
Priority date: 2018-11-08
Filing date: 2018-11-08
Publication date: 2019-07-18

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: method of detecting and hitting unobtrusive combat mini- and micro-drones comprises the fact that using radars and passive acoustic receivers an unmanned aerial vehicle is detected, the distance from the artillery weapon to the apparatus is determined, firing a gun from a gun in a certain manner with a shell projectile with an explosive substance and a remote fuse mounted to detonate when it passes the design time, and striking the aircraft with fragments of the body of the exploding missile.

EFFECT: higher reliability of detection and destruction of unmanned aerial vehicles.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области противодействия беспилотным летательным аппаратам (дронам) и может быть использовано при разработке комплексов борьбы с ними.The invention relates to the field of countering unmanned aerial vehicles (drones) and can be used in the development of systems to combat them.

Известен способ обнаружения и борьбы с беспилотными летательными аппаратами, основанный на его обнаружении, расчете пространственных координат, наведении пусковых установок, пуске ракет и поражении аппарата элементами боевой части ракеты [см., например, Годунов А.И., Шишков С.В., Юрков Н.К. Комплекс обнаружения и борьбы малоразмерными беспилотными летательными аппаратами. Надежность и качество сложных систем, №2(6), 2014 г.].There is a method of detecting and fighting unmanned aerial vehicles based on its detection, calculating spatial coordinates, launching launchers, launching missiles and hitting the device with elements of a missile warhead [see, for example, Godunov AI, Shishkov SV, Yurkov N.K. Complex detection and combat small unmanned aerial vehicles. Reliability and quality of complex systems, No. 2 (6), 2014].

Недостатком способа является необходимость высокоточного наведения боеприпаса. Кроме того, ограниченная зона поражения дрона одним выстрелом не обеспечивает высокой вероятности поражения цели, а большой расход боеприпасов может оказаться экономически невыгодным с точки зрения уничтожения недорогих дронов.The disadvantage of this method is the need for high-precision guidance of ammunition. In addition, a single drone's limited hit zone does not provide a high probability of hitting the target, and a high consumption of ammunition can be economically disadvantageous in terms of the destruction of inexpensive drones.

Малозаметные мини- и микро дроны, позволяют решать множество боевых задач, начиная от детальной разведки позиций противника и вплоть до нанесения ударов. При этом беспилотник, размером в один-два метра, весьма сложно обнаружить, штатными радиолокационными станциями из-за малой величины показателя эффективной площади рассеяния этих аппаратов. Кроме того, применяемые в дронах двигатели (либо внутреннего сгорания, либо вообще - электрические) резко снижают их излучательную способность в ИК-диапазоне и делают их практически незаметными в ночное время суток. А низкие скорости движения не создают в атмосфере заметного электромагнитного излучения от трения аппарата, при соприкосновением с воздухом. Еще сложнее организовать защиту от множества (роя) дронов.Unobtrusive mini-and micro drones allow you to solve many combat missions, ranging from detailed reconnaissance of enemy positions and up to strikes. At the same time, a drone, one or two meters in size, is very difficult to detect, by standard radar stations due to the small value of the indicator of the effective area of dispersion of these devices. In addition, the engines used in drones (either internal combustion or electric in general) drastically reduce their emissivity in the infrared range and make them almost invisible at night. And low speeds of movement do not create noticeable electromagnetic radiation in the atmosphere from friction of the apparatus, when in contact with air. It is even more difficult to organize protection against multiple (swarm) drones.

Вместе с тем имеются технические устройства, позволяющие выявлять некоторые типы дронов.However, there are technical devices to detect certain types of drones.

В качестве примера построения подобной системы является система «СТОПДРОН-АРСЕНАЛ» российской фирмы СТОПДРОН. Комплекс предназначен для обнаружения беспилотных летательных аппаратов и противодействия им путем многофакторного мониторинга воздушного пространства и направленного прерывания сигнала дронов. Детектирующие и исполнительные элементы комплекса размещаются таким образом, чтобы над объектом и прилегающими территориями сформировалась область эшелонированной защиты от беспилотников. Радар комплекса работает в диапазоне частот: 16,97 ГГц. При поступлении тревоги от радара активируется комплекс оптического распознавания и направленного прерывания сигнала дрона «СТОПДРОН-ИМПУЛЬС». Он наводится на цель по координатам, получаемым от радара, после чего происходит подтверждение цели в качестве беспилотника по визуальным параметрам.As an example of building such a system is the system "STOPDRON-ARSENAL" of the Russian firm STOPDRON. The complex is designed to detect unmanned aerial vehicles and counter them by multifactor monitoring of airspace and the directional interruption of the drone signal. Detecting and executive elements of the complex are placed in such a way that an area of echeloned defense against drones forms above the object and adjacent territories. The radar complex operates in the frequency range: 16.97 GHz. Upon receipt of an alarm from the radar, a complex of optical recognition and directional interruption of the signal of the STOPDRON-IMPULSE drone is activated. It is aimed at the target at the coordinates obtained from the radar, after which the target is confirmed as an UAV using visual parameters.

Для поражения беспилотников есть целый набор средств, например, российский боевой модуль калибра 57 мм АУ-220М, который может устанавливаться на БТР. Среди его боеприпасов есть осколочно-фугасные снаряды дистанционного подрыва, позволяющие успешно бороться с небольшими дронами типа квадрокоптера (http://robotrends.ru/robopedia/obnaruzhenie-i-protivodyaystvie-bespilotnikam).To defeat drones there is a whole set of tools, for example, the Russian combat module of the 57 mm AU-220M caliber, which can be mounted on an armored troop-carrier. Among his ammunition there are high-explosive fragmentation projectiles of remote blasting, allowing to successfully fight with small drones such as a quadrocopter (http://robotrends.ru/robopedia/obnaruzhenie-i-protivodyaystvie-bespilotnikam).

Вместе с тем, следует отметить, что системы, построенные на обнаружении электромагнитных волн, как излучаемых дроном, так и отраженных от дрона радиоволн радаров ограничены в обнаружении дронов с низкой радиозаметностью. Такие дроны уже появились на рынке. Они действуют по заложенной программе, ориентируясь в пространстве, например, по данным измерения статического и динамического давления в реальном масштабе времени. Малые размеры, низкая эффективная площадь рассеяния и малая скорость затрудняют применение современных комплексов ПВО против таких дронов. Определенные шансы возникают только против относительно крупных аппаратов, а также при использовании не вполне профильных радиолокационных средств - например, радиолокационных станций артиллерийской разведки, предназначенных для определения трасс снарядов ствольной и реактивной артиллерии.At the same time, it should be noted that systems built on the detection of electromagnetic waves, both radiated by the drone and radar reflected from the drone, are limited in the detection of drones with low radio-visibility. Such drones have already appeared on the market. They act according to the laid down program, orienting themselves in space, for example, according to the measurement of static and dynamic pressure in real time. Small size, low effective scattering area and low speed make it difficult to use modern air defense systems against such drones. Certain chances arise only against relatively large devices, as well as with the use of not quite specialized radar tools - for example, radar stations of artillery reconnaissance, designed to determine the paths of barrels of receiver and rocket artillery.

В связи с этим задача обнаружения и уничтожения малозаметных боевых дронов является актуальной.In this regard, the task of detecting and destroying low-profile combat drones is relevant.

В предлагаемом техническом решении для надежного обнаружения малозаметных, низколетящих дронов предлагается применять, совместно с радиорадарами, пассивные акустические приемники, способные фиксировать акустические шумы от работающего пропеллера дрона. Такой прием фиксации дронов обусловлен тем, что все конструкции сегодняшних малозаметных дронов имеют пропеллеры. А, как известно, при работе пропеллера в окружающей среде возникают упругие волны. Регистрация таких волн с помощью акустических приемников позволяет обнаруживать и такие малозаметные мини-и микро дроны.In the proposed technical solution for reliable detection of subtle, low-flying drones, it is proposed to use, together with radio radars, passive acoustic receivers capable of capturing acoustic noise from a working drone propeller. This method of fixing drones is due to the fact that all the designs of today's inconspicuous drones have propellers. And, as you know, when the propeller operates in the environment, elastic waves arise. Registration of such waves with the help of acoustic receivers allows detecting such inconspicuous mini and micro drones.

Акустическое излучение воздушного винта дрона является сложным по своей структуре. Лопасти винта оказывают периодическое силовое воздействие на окружающую среду и это приводит к излучению гармонической составляющей шума вращения.The acoustic radiation of a drone propeller is complex in its structure. The propeller blades have a periodic impact on the environment and this leads to the emission of the harmonic component of the rotational noise.

С лопастей винта по всей их длине происходит срыв потока, который служит источником широкополосного вихревого шума. Вихревой шум, образующийся в результате пульсаций аэродинамического давления на поверхности лопасти и турбулентных пульсаций скорости потока в вихревой пелене, имеет сплошной спектр, поскольку пульсации давления и скорости носят случайный характер, а их распределение по частоте является непрерывным.From the propeller blades along their entire length, the flow is disrupted, which serves as a source of broadband vortex noise. The vortex noise resulting from the aerodynamic pressure pulsations on the surface of the blade and the turbulent flow velocity pulsations in the vortex sheet has a continuous spectrum, since the pressure and velocity pulsations are random and their frequency distribution is continuous.

Предлагаемое техническое решение поясняется рисунками, представленными на фиг. 1 и фиг. 2.The proposed solution is illustrated by the figures shown in FIG. 1 and FIG. 2

Фиг. 1. Спектр уровней звукового давления в ближнем поле винта самолета Як-18Т: L - уровень шума; n - число оборотов в % от максимальной мощности двигателя; ϕ - угол измерения шума по отношению к оси винта (Самохин В.Ф., Мошков П.А. Акустические характеристики легкого винтового самолета с двигателем внутреннего сгорания// Электронный журнал «Труды МАИ». Выпуск №57. www.mai.ru/science/trady/).Фиг. 2. Общий вид артиллерийского боеприпаса калибром 57 мм для борьбы с беспилотниками: 1 - гильза; 2 - метательный заряд; 3 - безосколочный корпус; 4 - взрывчатое вещество; 5 - дистанционный взрыватель; 6 - сферическое дно корпуса.FIG. 1. The range of sound pressure levels in the near field of the propeller of the Yak-18T: L - noise level; n is the number of revolutions in% of the maximum engine power; ϕ - angle of noise measurement with respect to the screw axis (Samokhin V.F., Moshkov P.A. Acoustic characteristics of a lightweight screw aircraft with an internal combustion engine // Electronic journal "Proceedings of the MAI". Issue No. 57. www.mai.ru/ science / trady /). FIG. 2. General view of 57 mm caliber artillery ammunition for fighting drones: 1 - shell; 2 - propelling charge; 3 - shatterproof housing; 4 - explosive; 5 - remote fuse; 6 - spherical bottom of the housing.

На фиг. 1 приведен типичный спектр шума воздушного винта самолета Як-18Т. У других летательных аппаратов частотный спектр излучения примерно такой же, только амплитуда различна.FIG. 1 shows the typical noise spectrum of a propeller aircraft Yak-18T. In other aircraft, the frequency spectrum of radiation is about the same, only the amplitude is different.

Степень затухания мощности акустического излучения с расстоянием от источника можно оценить с помощью известного соотношения:The degree of attenuation of acoustic power with distance from the source can be estimated using the well-known relationship:

где L₀- мощность акустического излучения источника; L_w - акустическая мощность на расстоянии r от источника; δ - коэффициент затухания.where L ₀ - the power of the acoustic radiation source; L _w - acoustic power at a distance r from the source; δ is the attenuation coefficient.

Коэффициент затухания δ существенно зависит от состояния окружающей среды. Его величину можно определить, пользуясь данными стандарта: ГОСТ 31295.1-2005 (ИСО 9613-1:1993) Шум. Затухание звука при распространении на местности.The attenuation coefficient δ depends significantly on the state of the environment. Its value can be determined using the data of the standard: GOST 31295.1-2005 (ISO 9613-1: 1993) Noise. Sound attenuation during propagation on the ground.

Многоканальная акустическая аппаратура для обнаружения акустического излучения от пропеллеров дрона на основе оценки затухания сигналов, принятых на разнесенные по расстоянию акустические приемники, определяет зону излучения. Оценки показывают, что технические возможности современной электронной техники позволяют создать устройства, способные зафиксировать акустическое излучение от малоразмерного дрона на расстоянии более километра.Multichannel acoustic equipment for detecting acoustic radiation from drone propellers based on an estimate of the attenuation of signals received at distance-spaced acoustic receivers determines the radiation zone. Estimates show that the technical capabilities of modern electronics allow the creation of devices capable of detecting acoustic radiation from a small-sized drone at a distance of more than a kilometer.

В соответствии с предлагаемым техническим решением, после определения зоны акустического излучения от дрона, в эту зону направляется излучение радиолокационной станции и приборов оптического диапазона. Такое наблюдение позволяет уточнить наличие дрона и определить расстояние от него до артиллерийского орудия.In accordance with the proposed technical solution, after determining the zone of acoustic radiation from the drone, the radiation of the radar station and optical range devices is directed to this zone. This observation allows you to clarify the presence of the drone and determine the distance from it to the artillery gun.

После обнаружения дрона его необходимо уничтожить. Сложность решения такой задачи заключается в том, что малозаметный дрон летит на низкой высоте (десятки метров от поверхности местности) и его уничтожение обычными боеприпасами может привести к повреждению объектов на земле, в том числе поражению людей, находящихся в зоне объекта.After finding a drone, it must be destroyed. The difficulty in solving this problem is that the low-profile drone flies at a low altitude (tens of meters from the terrain surface) and its destruction by conventional ammunition can cause damage to objects on the ground, including damage to people in the area of the object.

Автором предлагается артиллерийский боеприпас, который может поражать дроны, не создавая опасности для окружающих. В качестве такого боеприпаса предлагается использовать артиллерийский унитарный выстрел калибром 57 мм. В отличие от применяемых унитарных выстрелов, в предлагаемом выстреле корпус снаряда изготавливается из углеродистого чугуна (содержание углерода: 3,0-4,0%), а его донная часть имеет сферическую форму (поз 6 фиг. 2). Такое сочетание свойств материала корпуса снаряда и его формы обеспечивает при разрыве снаряда получение сверхмелких осколков, безопасных уже на расстоянии 100 м от места взрыва. В тоже время, взрывная волна и эти осколки будут способны поразить малоразмерные дроны на расстоянии более 50 м от точки подрыва. Разрыв такого снаряда среди «роя» дронов позволит одним выстрелом поразить несколько дронов. А очередь из разрывов таких снарядов позволит за короткий промежуток времени уничтожить облако дронов в зоне объекта, не повредив при этом сам объект. Общий вид такого выстрела приведен на фиг. 2.The author proposes an artillery ammunition that can hit drones without creating danger to others. As such ammunition, it is proposed to use a 57 mm caliber artillery unitary shot. Unlike the unitary shots used, in the proposed shot, the shell of the projectile is made of carbon iron (carbon content: 3.0-4.0%), and its bottom part has a spherical shape (position 6 in Fig. 2). This combination of the properties of the material of the projectile body and its shape ensures that, when the projectile is torn, it produces ultra-fine fragments that are safe at a distance of 100 m from the explosion site. At the same time, the blast wave and these fragments will be able to hit small-sized drones at a distance of more than 50 m from the detonation point. The rupture of such a projectile among the "swarm" of drones will allow to hit several drones with one shot. A queue of gaps such projectiles will allow for a short period of time to destroy the cloud of drones in the area of the object, without damaging the object itself. A general view of such a shot is shown in FIG. 2

Выбор времени подрыва снаряда на оптимальном расстоянии от дрона осуществляется, либо с помощью дистанционного взрывателя, либо с помощью неконтактного радиовзрывателя.The timing of the detonation of the projectile at the optimum distance from the drone is carried out, either with the help of a remote fuse, or with the help of a proximity radio-fuse.

Такие дистанционные и неконтактные взрыватели имеются на вооружении. Например, пиротехнический дистанционный взрыватель ДВЭ-2, в свое время, был разработан АО «НПП «Дельта», а также дистанционный электронный взрыватель 3ВМ-12, разработанный АО «ПОИСК» и ряд других.Such remote and non-contact fuses are in service. For example, the pyrotechnic remote detonator DVE-2, at one time, was developed by JSC "NPP" Delta ", as well as the remote electronic fuse 3VM-12, developed by JSC" POISK "and a number of others.

При применении электронных дистанционных взрывателей в артиллерийских системах необходимо использовать специальные устройства, например, систему «Айнет» для установки времени подрыва боеприпаса. Либо устанавливать время вручную, при использовании пиротехнического взрывателя.When using electronic remote detonators in artillery systems, it is necessary to use special devices, for example, the Ainet system to set the time for the detonation of an ammunition. Or set the time manually when using a pyrotechnic fuse.

В качестве неконтактного взрывателя может быть использован радиовзрыватель, разработанный АО «НПП «Дельта» по теме «Штык». Взрыватель позволяет подорвать боеприпас на дистанции менее 5 м от малоразмерной цели. Преимуществом неконтактного взрывателя является то, что в этом случае отпадает необходимость введения во взрыватель времени подрыва перед выстрелом.As a non-contact fuse, a radio fuse can be used, developed by JSC "NPP" Delta "on the subject of" Bayonet ". Fuse allows you to undermine the ammunition at a distance of less than 5 m from a small target. The advantage of the proximity fuze is that in this case there is no need to introduce an explosive time into the fuse before the shot.

Наиболее подходящей артиллерийской системой, позволяющей использовать унитарный выстрел калибром 57 мм для борьбы с дронами, следует считать современный боевой модуль АУ-220М, разработанный АО «ЦНИИ Буревестник».The most appropriate artillery system, allowing the use of a 57 mm caliber shotgun to fight drones, should be considered a modern AU-220M combat module developed by AO TsNII Burevestnik.

Таким образом, приведенные данные показывают, что технические возможности создания систем для обнаружения, и уничтожения малоразмерных мини- и микро дронов имеются. Разработка и применение этих систем позволит обеспечить безопасную эксплуатацию защищаемых объектов.Thus, the above data shows that there are technical capabilities to create systems for detecting and destroying small mini and micro drones. The development and application of these systems will ensure the safe operation of the protected objects.

Изложенные сведения о заявленном изобретении, охарактеризованном в независимом пункте формулы, свидетельствуют о возможности его осуществления с помощью описанных в заявке и известных средств и методов. Следовательно, заявленный способ соответствует условию промышленной применимости.The stated information about the claimed invention, described in the independent claim, testifies to the possibility of its implementation using the described in the application and known means and methods. Therefore, the claimed method meets the condition of industrial applicability.

Claims

The method of detecting and defeating the unobtrusive combat mini- and micro unmanned aerial vehicles, which consists in detecting an unmanned aerial vehicle using radar, determining the distance from the artillery gun to the apparatus, making a shot from the gun with a shell projectile with an explosive and a remote fuse installed on the blast during the passage of the projectile of the estimated time, and fragments of the shell of the exploding shell hit the aircraft, characterized in that With the help of passive acoustic receivers operating in the frequency range 200–2000 Hz, the location of the unmanned aircraft is determined by acoustic noise from the propeller of this device, the radar or optical device with a range finder is guided into this area, the distance from it to the gun and from this gun is fired into this zone by an ammunition with a remote fuse and a shell made of cast iron with a carbon content of 3-4% and having a bottom fericheskoy form.