Обнаружение и идентификация беспилотных летающих аппаратов (БПЛА)

Перспективы рынка использования малых БПЛА обширны. Небольшие дроны могут широко применяться в таких областях, как аэрофотосъемка, защита сельскохозяйственных культур, предотвращение и ликвидация последствий стихийных бедствий, поиск и спасение людей, мониторинг дорожного движения, разведка полезных ископаемых, дистанционное зондирование и картография, контроль границ, метеорологические наблюдения и многое другое. Однако отставание правовой сферы привело к многочисленным «несанкционированным полетам». Все труднее становится регулировать и привлекать к ответственности компании, нарушающие существующие правила. Назрела острая необходимость в новых подходах к обнаружению БПЛА и противодействию неразрешенным полетам.

Сегодня незаконное использование технологий дронов привело к большим проблемам в сфере безопасности и угрозам для критически важных оборонных объектов, включая нарушение границ, полеты в зоне боевых действий, береговую охрану, аэропорты, атомные электростанции, общественную безопасность, тюрьмы, энергетическую инфраструктуру, объекты культурного наследия и достопримечательности. Вытекающие отсюда экономические потери ставят под сомнение использование воздушного пространства на малых высотах. Поэтому обнаружение и противодействие незаконным летающим объектам играют жизненно важную роль в обеспечении безопасности воздушного пространства.

Дроны классифицируются как «низколетающие, медленные и малые» цели. Обычно они действуют на низких и сверхнизких высотах, имеют небольшую скорость и их сложно фиксировать. Обнаружение и идентификация малых БПЛА — это многопрофильная прикладная задача, решение которой требует использования сразу нескольких технологий, таких как радиолокация, контроль радиосигналов, оптоэлектронная идентификация, а также звуковой мониторинг.

С технической точки зрения для эффективной обработки всех возможных сценариев традиционные методы точечного обнаружения недостаточны. Для достижения точного отслеживания целей в низковысотном воздушном пространстве необходимо использовать многомерный совместный подход, объединяющий радар, беспроводную связь и оптоэлектронику. Радиолокационные системы могут сканировать обширные области воздушного пространства и собирать информацию о траектории, скорости и высоте полета дрона. По беспроводным каналам отслеживаются сигналы связи между БПЛА и наземной станцией управления. Оптоэлектронные системы идентификации используют оптические и инфракрасные датчики для достижения высокочувствительного отслеживания и точного позиционирования дронов.

Требования к пользовательскому приложению

Китайская компания, специализирующаяся на технологиях БПЛА, предоставляет пользователям комплексное решение по обнаружению и противодействию дронам. Специалисты компании обратились в JHCTECH, чтобы найти высокопроизводительный периферийный вычислительный блок для своей оптоэлектронной системы идентификации и отслеживания, с целью обеспечить высокоточное отслеживание и позиционирование целей в низковысотном воздушном пространстве. Требования к системе:

• высокая производительность ЦП для поддержки программных моделей, разработанных заказчиком;
• широкий выбор интерфейсов ввода-вывода для подключения к оптоэлектронному идентификационному оборудованию;
• мощные возможности по расширению, включая поддержку графических карт для обеспечения глубокого анализа данных изображений и точного вывода на экран монитора;
• набор проводной и беспроводной связи для обеспечения передачи данных в реальном времени.

Решения JHCTECH

В результате рассмотрения всех возможных вариантов были выбраны два продукта: KMDA-5920 и BRAV-7720. Эти встраиваемые компьютеры поддерживают разработанную заказчиком модель оптоэлектронной системы идентификации, обеспечивая высокоточное и высокочувствительное отслеживание и позиционирование дронов. Подобные решения JHCTECH для периферийных вычислений в основном используются для получения данных от оптоэлектронных камер и позволяют достичь точного результата определения положения.

Решение на основе BRAV-7720

BRAV-7720 оснащается процессорами семейства Intel^® Alder Lake-S/Raptor Lake-S. Для этого проекта был выбран процессор I7-12700, обеспечивающий высокую производительность, необходимую для поддержки эффективной работы системной модели заказчика. Благодаря двухканальным слотам DDR5 поддерживается до 64 ГБ оперативной памяти, что соответствует эксплуатационным требованиям пользователя. Функционал ввода-вывода включает 3*LAN, 6*USB3.2 и 2*COM-порта, что обеспечивает бесперебойное соединение с оборудованием оптоэлектронной идентификации. Кроме того, двойные независимые видео выходы 8K DP и 4K HDMI обеспечивают отличную визуализацию положения дронов в реальном времени. BRAV-7720 имеет эффективную систему питания, охлаждения и надежную конструкцию промышленного уровня, что гарантирует непрерывную и стабильную работу в режиме 24/7.

Готовая система оснащена двумя слотами расширения PCIe: один PCIe х16 поддерживает плату графического процессора мощностью до 450 Вт, другой PCIe х16 поддерживает карту ускорителя искусственного интеллекта (ИИ) мощностью 75 Вт. Для этого проекта была выбрана плата графического процессора RTX 3070 Ti. Графический процессор обрабатывает изображения дронов с помощью алгоритмов глубокого обучения, таких как сверточные нейронные сети. Система автоматически определяет ключевые характеристики: модель БПЛА, информацию о производителе и цель полета. Также анализируется и прогнозируется траектория полета и поведенческая модель. В случае, когда система идентифицирует потенциально опасный дрон, она автоматически активирует механизмы защиты и контрмеры. К ним относятся электронные помехи, электромагнитное подавление и направленные радиочастотные атаки на каналы управления БПЛА. Контрмеры динамически корректируютcя стратегиями на основе типа дрона, высоты полета, скорости и других факторов. Например, сигналы электромагнитных помех определенной частоты могут нарушить работу системы управления или канала связи БПЛА, заставив его потерять управление или приземлиться.

Основные технические характеристики

BRAV-7720

• процессор Intel^® 12-го/13-го поколения серии Alder lake-S/Raptor lake-S, LGA1700;
• чипсет Intel^® Q670;
• память 2*DDR5 4800 МГц SODIMM, до 64 ГБ;
• 1*DP+1*HDMI и 1*VGA, сверхвысокое разрешение 8K+4K, три независимых дисплея;
• 2*Intel^® I226V Gigabit network, 1*Intel^® I219LM Gigabit network, поддержка iAMT12.0;
• расширение 1*PCIe X16 (сигнал X16)+1*PCIe X16 (сигнал X4);
• 2*2,5"SATA3.0 Bay, 1*M.2 2280 PCIeX4 NVMe;
• поддержка шифрования TPM2.0 и технологии iVpro4;
• охлаждение ЦП без вентилятора, эффективное воздушное охлаждение карты AI/GPU;
• поддержка блока питания 450 Вт GPU или двух 75 Вт/150 Вт для карты ускорителя AI;
• блок питания 1000 Вт DC 12 В, стандартный высокотемпературный PFC без вентилятора, адаптер питания переменного/постоянного тока.

KMDA-5920

• процессор Intel^® 8-го/9-го поколения серии Coffee lake LGA1151;
• чипсет Intel^® H310;
• память 2*DDR4 2400/2666 МГц SODIMM, до 64 ГБ;
• поддержка 1*DP, 1*HDMI и 1*VGA, 3 независимых дисплея;
• 2*LAN, 4*USB3.1, 2*USB2.0, 16-битный Iso. DIO;
• 4 последовательных порта 2*RS232/422/485 и 2*RS232:
• 2 слота расширений: 1*PCIeX16 и 1*PCIeX16 (сигнал X4):
• 1*M.2 E-key 2230, поддерживает гигабитный модуль WIFI:
• 2*2,5-дюймовых слота для жестких дисков SATA3.0 с возможностью легкой замены и 1*mSATA:
• широкий диапазон напряжения питания DC 9–36 В с защитой от короткого замыкания, перенапряжения и перегрузки по току.