Jak skutecznie wykrywać drony? Rozwiązania z oferty Forcepol

Szereg ciekawych produktów pozwalających na wzmocnienie i rozbudowę istniejących systemów obrony powietrznej czy też budowę nowych „barier antydronowych”, posiada w swojej ofercie warszawska spółka Forcepol. Były one również prezentowane podczas tegorocznej edycji Międzynarodowego Salonu Przemysłu Obronnego w Kielcach.

Radar, który widzi drony

Radary firmy Weibel Scientific A/S są w Polsce znane i wykorzystywane od dawna. Jest to przede wszystkim radar balistyczny MVRS-700 SCD (Muzzle Velocity Radar System), który umieszczony nad lufą armatohaubicy Krab kalibru 155 mm ma za zadanie mierzyć prędkość wylotową pocisków. Radar ten montowany jest na większości nowoczesnych haubicoarmat. Jest to kompaktowa stacja radiolokacyjna pracująca na fali ciągłej w paśmie X, mieszcząca się wraz z płaską anteną typu patch i z systemami obróbki w jednej obudowie. Inne rozwiązania firmy Weibel, ze względu na swoją dokładność, są wykorzystywane w Polsce głównie w pracach badawczo-rozwojowych, wspierając polskie instytuty badawcze i przemysł obronny. Podobnie jest zresztą w wielu innych krajach.

Flagowym produktem duńskiego producenta jest obecnie trójwspółrzędny radar wykrywania celów powietrznych XENTA. Jest to konstrukcja zaliczana do nowej generacji radarów na fali ciągłej CW. W tego rodzaju stacjach, w procesie wykrywania obiektu wykorzystuje się efekt Dopplera, a więc zmianę częstotliwości nośnej stabilnego sygnału odbitego od poruszającego się celu (lub poruszających się jego elementów – np. wirników).

W ten sposób uzyskuje się możliwość efektywnego „odfiltrowywania” zakłóceń pochodzących od dużych, nieruchomych obiektów, jak również od wolno poruszających się źródeł zakłóceń. Jest to szczególnie przydatne przy wykrywaniu celów powietrznych, lecących na bardzo niskich wysokościach, na tle powierzchni ziemi, która również daje silne odbicie.

XENTA nie jest jednak prostym radarem CW, ale może pracować zarówno jako stacja modulowana częstotliwościowo FMCW (Frequency Modulated Continuous Waveform), jak i jako stacja wieloczęstotliwościowa MFCW (Multi-Frequency Continuous Wave). W pierwszym przypadku, jak zresztą wskazuje nazwa, sygnał ciągły o stabilnej częstotliwości nie jest od razu emitowany (tak jak w prostych radarach CW), ale modulowany w określonym czasie. W ten sposób pojawia się różnica częstotliwości pomiędzy sygnałem nadawanym a odbieranym, która zwiększa się wraz z odległością do celu. Określając tę różnicę, można zmierzyć odległość (co jest trudne w prostych radarach z falą ciągłą CW ze względu na brak w nich odniesienia czasowego). Dodatkowo robi się to z bardzo dużą dokładnością – w tym na małych odległościach.

Sama antena opiera się na elementach wykonanych w technologii azotku galu (GaN), co pozwala na znaczne zwiększenie mocy emitowanego sygnału. Przekłada się to na zasięg, który zależy od wersji radaru. W przypadku radaru XENTA M o mocy sygnału 240 W, zasięg instrumentalny określono na 75 km. Dla radarów rodziny CW jest to bardzo dobry wynik, dzięki czemu duńskie stacje radiolokacyjne mogą być wykorzystywane do szerokiego spektrum zadań – w tym również w ramach systemów przeciwlotniczych krótkiego zasięgu SHORAD (Short Range Air Defense).

Ten stosunkowo duży zasięg wykrywania, szczególnie w odniesieniu do bardzo małych celów powietrznych (takich jak drony), daje systemom obronnym, współpracującym z XENTA, duży czas na reakcję, dodatkowo dostarczając bardzo precyzyjne dane o wykrytych celach. To przekłada się bezpośrednio na skuteczność całego systemu reagowania.

Jedną z najważniejszych zalet radaru XENTA jest możliwość jego jednoczesnego wykorzystania do wykrywania wszystkich rodzajów obiektów powietrznych: samolotów, śmigłowców, rakiet i bezzałogowych statków powietrznych (BSP). Przy czym dzięki wbudowanemu, autorskiemu algorytmowi analizy sygnału jest to stacja radiolokacyjna programowo „rozróżniająca” małe bezzałogowce od ptaków z bardzo małym prawdopodobieństwem fałszywego alarmu. Co równie ważne, podczas wykrywania dronów, radar XENTA pozwala na jednoczesne poszukiwanie samolotów.

Zdolność zarówno do prowadzenia obserwacji dookólnej, jak i sektorowej przy stosunkowo dużym zasięgu (jak na rozmiar anteny) zwiększa wszechstronność tej konstrukcji, która może być wykorzystywana jednocześnie jako radar wstępnego wykrywania i jako radar wskazywania celów. Duńska stacja radiolokacyjna może pracować nie tylko dla potrzeb całej baterii, ale może również zabezpieczać operujący autonomicznie zestaw ogniowy, jak ma to miejsce np. w przypadku systemu NOMADS.

Zalety tego rozwiązania okazały się na tyle duże, że proponowana jest zarówno wersja cywilna radaru (XENTA-C) – przeznaczona np. do obrony infrastruktury krytycznej (takiej jak: rafinerie, magazyny paliw, węzły kolejowe) przed BSP, jak i wojskowa (XENTA-M).

Na koniec warto podkreślić, że firma Weibel istnieje już od 45 lat i w międzyczasie dostarczyła ponad 5000 różnego rodzaju urządzeń radiolokacyjnych do użytkowników w ponad 40 krajach.

Wykryć pasywnie drony

Jak to już zostało wspomniane, skuteczność systemów obronnych zależy od skuteczności sensorów. Ważnym elementem jest też wielowarstwowość, zarówno jeśli chodzi o efektory, jak i wspomniane sensory. Stąd radary uzupełniane są przez głowice optoelektroniczne czy pasywne systemy radiowej detekcji bezzałogowców. Jednym z takich rozwiązań jest Hydra 300 francuskiej firmy Cerbair.

Warto podkreślić, że Hydra 300 była elementem systemu PARADE (Protection déployAble modulaiRe Anti-DronEs), którego celem jest zapewnienie stałej ochrony infrastruktury krytycznej przed zagrożeniami ze strony dronów. Program jest wynikiem otwartego przetargu, który został rozstrzygnięty po europejskim procesie przetargowym zainicjowanym przez DGA w 2021 r. w celu wzmocnienia zdolności francuskich sił zbrojnych w zakresie przeciwdziałania dronom (counter-UAV).

System PARADE zapewnia stałą ochronę terenu w zakresie 360° i został zaprojektowany z myślą o łatwym transporcie z jednego miejsca do drugiego drogą lądową, powietrzną lub morską, co znacznie zwiększa zakres jego zastosowania i szybkość wdrożenia. Rozwiązanie to może być również wykorzystywane w połączonych operacjach cywilno-wojskowych, na przykład do ochrony infrastruktury krytycznej, takiej jak bazy wojskowe lub na zagranicznych teatrach działań wojennych.

Środki przeciwdziałania dronom są priorytetem dla francuskiego rządu w związku z trwającymi przygotowaniami do Igrzysk Olimpijskich w Paryżu w 2024 roku. Partnerstwo między firmą Thales, uznanym graczem w dziedzinie cywilnych i wojskowych operacji lotniczych od ponad 40 lat, a CS GROUP, integratorem krytycznych systemów przeciwdziałania dronom we Francji, stanowi integralną część misji prowadzonych w ramach specjalnych ustaleń dotyczących bezpieczeństwa lotniczego (DPSA2), mających na celu zapewnienie lepszej ochrony podczas ważnych wydarzeń. PARADE został wykorzystany m.in. podczas międzynarodowych wydarzeń sportowych, które odbyły się we Francji – Pucharu Świata w Rugby w 2023 r. oraz Igrzysk Olimpijskich i Paraolimpijskich w 2024 r.

Hydra 300 to pasywny system, który umożliwia zarówno detekcję, klasyfikację, identyfikację i lokalizację BSP oraz operatora. Może być on wykorzystywany zarówno do ochrony obiektów infrastruktury krytycznej, jak lotniska, porty, rafinerie, elektrownie itp., jak również innych ważnych lokalizacji w postaci np. zakładów karnych, centrów danych, budynków rządowych, baz wojskowych, a także granic państwa. Dzięki modułowej budowie, skalowalnej konfiguracji oraz wysokiej wytrzymałości (spełniającej normę IP 65), Hydra 300 może być montowana na różnych platformach lub na stałych instalacjach.

Skuteczność działania tego rozwiązania zapewnia:

• szeroki zakres wykrywania fal radiowych od 400 MHz do 6 GHz (także pasma WiFi - 2,4 GHz i 5,8 GHz);
• możliwość połączenia czterech sensorów działających w zakresie 90⁰ w elewacji i 360⁰ w azymucie;
• automatyczna kalibracja za pomocą różnicowego GPS (DGPS - Differential Global Positioning System);
• bogata baza danych bezzałogowych platform i niski wskaźnik fałszywych alarmów;
• możliwość integracji z wielowarstwowym systemem C2.

System jest też w stanie wykrywać elektroniczną identyfikację (Remote ID) współpracujących ze sobą dronów.

W tym miejscu warto poświęcić uwagę kwestii zakresów częstotliwości wykorzystywanych zarówno przez cywilne, jak i wojskowe BSP. Jeśli przyjrzymy się zakresom częstotliwości wykorzystywanym przez cywilne drony, to pasmo Wi-Fi 2,4 GHz jest najczęściej stosowane, gdyż zapewnia najlepszy kompromis między zasięgiem a przepustowością. Z kolei pasmo 5 GHz jest czasami dostępne jako duplikat dla krótszych odległości, aby zoptymalizować przepływ danych w dół (na przykład wideo 4K), ale w tym przypadku zasięg jest niewielki. Drony wykorzystujące pasmo 900 MHz są rzadsze od tych używających 433 MHz, ponieważ chociaż pozwala to na zwiększenie zasięgu, jakość strumienia danych musi zostać nieco obniżona ze względu na mniejszą dostępną przepustowość.

W przypadku wojskowych BSP ograniczenia są identyczne, chociaż mogą one korzystać z wielu innych zakresów częstotliwości. Niemniej jednak większość wojskowych bezzałogowych statków powietrznych działa w zakresach częstotliwości zazwyczaj między 900 MHz a 6 GHz. Oczywiście chodzi tylko o drony bez łączy satelitarnych czy kierowanych za pomocą światłowodu. Możemy również znaleźć BSP, które mają łącze danych o niskiej częstotliwości i niskiej prędkości, wystarczające do pilotowania drona na dużych odległościach, z równoległym łączem danych o wyższej częstotliwości i dużej prędkości do przesyłania danych z czujników. W tym przypadku, gdy dron znajduje się zbyt daleko, trzeba pogodzić się z tym, że nie będzie już można korzystać z informacji zwrotnych w czasie rzeczywistym.

Prawa fizyki narzucają zasady, które sprawiają, że wiele dronów wykorzystuje te same zakresy częstotliwości. Dlatego większość rozwiązań antydronowych opartych na technologii częstotliwości radiowej – takich jak Hydra 300 – obejmuje zakres częstotliwości od 400 MHz do 6 GHz. W tym zakresie częstotliwości można osiągnąć najlepszy kompromis między zasięgiem łącza radiowego a przepustowością danych. Bardzo rzadko wykorzystywane są częstotliwości poniżej 400 MHz. Nawet gdyby dron wykorzystywał częstotliwości powyżej 6 GHz, ograniczenia fizyczne sprawiałyby, że zasięg jego zdalnego sterowania byłby ograniczony do kilkuset metrów, co nie ma większego zastosowania praktycznego ani taktycznego.

Chociaż teoretycznie drony mogą korzystać z łącza radiowego o dowolnej częstotliwości, to ograniczenia wynikające z praw fizycznych oznaczają, że pasma częstotliwości, które można faktycznie wykorzystać, są ograniczone do zaledwie kilku części widma.

Hydra 300 może działać w szerokim zakresie temperatur od -40 st. Celsjusza do +49 st. Celsjusza, a pobór energii potrzebnej do pracy wynosi 50 W (200 W maksymalnie). Zakres pasywnego wykrywania Hydra 300 zależy od terenu i środowiska, w jakim pracuje. W obszarach zabudowanych o silnych zakłóceniach fal radiowych wynosi on 2 km, z kolei na obszarach otwartych, bez „szumu w eterze”, 7 km. Z kolei zdalną identyfikację współpracujących ze sobą dronów wykrywa z odległości nawet 4 km.

System ten, poza francuskim ministerstwem obrony jest wykorzystywany m.in. przez kanadyjski Departament Sprawiedliwości, Naval Group i MBDA.

W ofercie firmy Cerbair reprezentowanej w Polsce przez Forcepol jest także mniejszy system - Hydra 200. Jest to również radiogoniometr (inaczej: radionamiernik) przeznaczony do wykrywania dronów, który zapewnia funkcje namierzania kierunku w pasmach wysokich częstotliwości oraz świadomość sytuacyjną w pasmach niskich częstotliwości. Działa w oparciu o kilka czujników, które analizują widmo częstotliwości radiowych przy użyciu zaawansowanych algorytmów przetwarzania sygnałów i sztucznej inteligencji. W odróżnieniu jednak od systemu Hydra 300, mniejsza Hydra 200 działa tylko w azymucie (przy czterech antenach) dla częstotliwości 2,4, 5,2 i 5,8 GHz. Jednak już jej pojedynczy sensor (o wymiarach: 25 x 23 x 9 cm i masie 3 kg) umożliwia dookólne wykrywanie dla następujących zakresów częstotliwości: 433, 868 lub 915 MHz.

Zagłuszyć drony

Kolejnym ciekawym rozwiązaniem z portfolio firmy Cerbair jest system antydronowy Chimera 200, który zarówno wykrywa, jak i neutralizuje (zagłusza) bezzałogowe platformy. Chimera 200 to niskokosztowy, kompleksowy system antydronowy, który umożliwia wykrywanie i neutralizowanie wszystkich zagrożeń związanych z bezzałogowcami. Po wykryciu zagrożenia system może automatycznie zakłócić odpowiednią częstotliwość i wygenerować waveform dostosowany do konkretnego zagrożenia, co zwiększa skuteczność zakłócania i pozwala na szybkie działanie. Co równie istotne, Chimera 200 dzięki wysokiemu poziomowi automatyzacji może być obsługiwana przez operatorów niebędących specjalistami.

Główne cechy tego systemu to:

• szeroki zakres częstotliwości 400 MHz – 6 GHz;
• antena dookólna (antena kierunkowa opcjonalna);
• trzy stałe pasma częstotliwości;
• dwa elastyczne pasma częstotliwości, które można skonfigurować w zakresie od 400 MHz do 6 GHz;
• inteligentne szyfrowanie: generowanie cyfrowych waveformów;
• skalowalne oprogramowanie;
• obszerna baza danych i niski wskaźnik fałszywych alarmów;
• przenośne i łatwe do zintegrowania z każdym typem pojazdu;
• API (interfejs) współpracujący z C2 systemów uzbrojenia.

Oprogramowanie autorstwa firmy Cerbair analizuje wszystkie informacje z czujników i ostrzega operatorów o obecności drona, jednocześnie lokalizując go i jego pilota. Informacje są wyświetlane w prostym, wysoce ergonomicznym interfejsie użytkownika. Aby ułatwić wykrywanie w terenie, te same informacje mogą być wyświetlane na laptopie.

Wbudowane cztery baterie typu BB 2590 zapewniają czas pracy na poziomie 1 godziny w przypadku ciągłego zagłuszania lub 9 godz. pracy, gdy urządzenie pracuje jedynie w trybie detekcji/wykrywania. Możliwe jest również zasilanie z zewnętrznego źródła o napięciu 24 V i mocy 800 W.

Wymiary Chimera 200 to 550 x 430 x 220 mm, a masa urządzenia wynosi 31,6 kg. Zasięg wykrywania w zależności od typu drona i emisji radiowych wynosi od 500 m do 3 km. Z kolei moc zakłócania to 50 W na pasmo.

Zobaczyć drony

Poza radarami i detekcją fal radiowych, w celu wykrywania, identyfikacji i śledzenia dronów wykorzystuje się także systemy optoelektroniczne. Tego typu rozwiązania oferuje m.in. francuski producent - firma Exavision S.A.S. reprezentowana w Polsce przez Forcepol. Są to zarówno konstrukcje łączące cyfrowe kamery światła widzialnego CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) z kamerami termowizyjnymi (chłodzonymi lub nie, w zależności od modelu). Wśród nich znajdziemy rozwiązania dedykowane do stacjonarnych instalacji NEMOSYS XR HD, MOS-MR, jak i stabilizowane żyroskopowo, przeznaczone do instalacji na małych platformach pływających lub pojazdach - SEAMOS MR-5K.

NEMOSYS XR HD to zaawansowane rozwiązanie optoelektroniczne oparte na chłodzonej kamerze termalnej wysokiej rozdzielczości, przeznaczone do obserwacji i monitoringu na bardzo duże odległości. Może być zastosowane zarówno do monitorowania obiektów infrastruktury krytycznej, jak porty morskie, lotniska, bazy paliw, jak również typowo wojskowych: terenów jednostek, poligonów, baz lotniczych, składów amunicji itp. oraz do nadzoru granic państwa.

Dzięki zastosowaniu chłodzonej kamery termowizyjnej (pasmo II, MWIR) i kolorowej kamery Full HD zapewnia ona skuteczne obrazowanie w wysokiej rozdzielczości w dzień i w nocy. Kamery są zamontowane na pracującej w dwóch osiach wieżyczce (Pan & Tilt), która zapewnia możliwość dookólnej obserwacji oraz wychylenia w elewacji w zakresie +/-90⁰.

Francuski system, poza większym zasięgiem obserwacji, oferuje użytkownikowi również takie korzyści jak algorytmy głębokiego uczenia się, znacznie poprawiając możliwości nadzoru, wykrywania i identyfikacji. W połączeniu z pakietem oprogramowania EXACORE, wyposażonym w algorytmy automatycznego wykrywania celów, klasyfikacji i śledzenia (video tracking) oraz dzięki możliwości integracji z radarem lub innymi sensorami (np. Hydra 300), NEMOSYS XR HD jest przeznaczony do zastosowań cywilnych i wojskowych. Stąd też urządzenie to było jednym z elementów systemu PARADE.

Dla standardowego celu NATO o wymiarach 2,3 m x 2,3 m zasięgi DRI (Detection, Recognition, Identification) przy wykorzystaniu kamery termowizyjnej CAMIR-HD-900 o rozdzielczości 1280 x 720 pikseli oraz zoomie optycznym 900 mm wynoszą:

• wykrycie: 28,5 km;
• rozpoznanie: 19,4 km;
• identyfikacja: 12,6 km.

System ten, podobnie jak SEAMOS MR-5K, może być doposażony w dalmierz laserowy o zasięgu do 8000 m.

"Poczuć" wiatr

Choć kolejne dwa produkty nie kojarzą się bezpośrednio z dronami czy systemami przeznaczonymi do zwalczania bezzałogowców, to mają jednak zastosowanie w tych obszarach. Pierwszym z nich jest akustyczno-rezonansowy czujnik wiatru (anemometr) FT743 firmy FT Technologies Ltd, który może być montowany zarówno na bezzałogowych platformach, w tym tych latających, jak i na np. wieżowych systemach uzbrojenia.

Kompaktowe rozmiary czujników wiatru serii FT7 pozwalają na efektywne wykorzystanie energii, dzięki czemu łatwo je ogrzać i utrzymać w stanie wolnym od lodu. Wyposażone w system ogrzewania sterowany termostatem, idealnie nadają się do pracy w ekstremalnie niskich temperaturach, nawet do -40°C, oraz podczas silnych oblodzeń.

Niewielkie rozmiary oraz masa wynosząca w przypadku FT743-SM (Surface Mount) jedynie 252 g, pozwalają wykorzystać ten czujnik na stosunkowo niewielkich platformach, jak różnego typu BSP czy moduły uzbrojenia. Warto wspomnieć, że bliźniaczy model czujnika wiatru został zamontowany na prototypie wieży ZSMU-30/40 debiutującym na tegorocznym MSPO.

Jako wytrzymałe anemometry wykonane z twardego anodowanego aluminium i poddane ponad 30 testom środowiskowym, czujniki wiatru serii FT7 są skonstruowane tak, aby wytrzymać trudne warunki. Są one wysoce odporne na korozję, piasek, grad, promieniowanie słoneczne i uderzenia ptaków, a także są uszczelnione zgodnie z normami IPX6K, IP66 i IP67.

Jeśli chodzi o warunki środowiskowe, w jakich może pracować model FT743-SM, to jest on zdolny mierzyć siłę wiatru (w przedziale 0-75 m/s lub 0-270 km/h lub 0-145,8 węzłów) na wysokości od 0 do 4000 m, przy temperaturach od -40 ⁰C do +85⁰C. Urządzenie mierzy także ciśnienie w zakresie od 260 do 1260 hPa.

Widzieć a nie być widzianym

Typowe oświetlacze/reflektory podczerwieni (IR) montowane np. na pojazdach są wyraźnie widoczne w noktowizorach nawet z odległości wielu kilometrów. Stanowi to poważne zagrożenie, gdy potrzebne jest taktyczne oświetlenie podczerwone m.in. w działaniach jednostek specjalnych. Rozwiązaniem tego problemu jest oświetlacz podczerwieni Obsidian fińskiej firmy Telva, będący w ofercie spółki Forcepol.

Obsidian to montowane na pojeździe światło podczerwone, które wykorzystuje nową technologię gwarantującą ograniczoną sygnaturę w nocy. Zapewnia ono wystarczające oświetlenie do prowadzenia pojazdów w ciemności (zasięg do 50 m), jednocześnie zapewniając odpowiedni poziom skrytości działania i nie będąc wykrywalnym z daleka.

Oświetlacz Obsidian w połączeniu z konwencjonalnymi noktowizorami działa jak każde inne światło podczerwone na krótkim dystansie, ale jest niewykrywalne z daleka. Emitowane przez niego promieniowanie podczerwone to bliska podczerwień, które jest absorbowana przez powietrze, przez które przechodzi i nie można go wykryć z odległości większej niż kilkaset metrów (ok. 300 m).

Sam oświetlacz Obsidian waży 1 380 g, a jego zdalny moduł sterowania kolejne 480 g. Może on pracować w trzech trybach mocy wiązki: niskim, średnim i wysokim, oraz oferuje trzy szerokości wiązki światła: punktową, normalną i szeroką.

Podsumowując, zaprezentowane portfolio firmy Forcepol, warto podkreślić, że oferta ta jest komplementarna i umożliwia stworzenie skutecznego systemu zdolnego do wykrywania i neutralizacji (z wykorzystaniem środków WRE) różnego typu bezzałogowych statków powietrznych. Są one też zdolne do współpracy z innymi systemami antydronowymi lub mogą stanowić element wielowarstwowego rozwiązania w zakresie obrony przeciwlotniczej i przeciwdronowej. Co równie istotne, rozwiązania te są wykorzystywane operacyjnie zarówno w krajach producentów, przez armie państw NATO. Niektóre z nich trafiły również na Ukrainę, gdzie sprawdzają się w warunkach realnego konfliktu zbrojnego.

Artykuł sponsorowany