О квадрокоптерах и как им пытаются противодействовать

Не так давно в интернете было видео с митинга в МСК где неизвестный в какой-то форме при помощи палки с антенной типа «волновой канал» приземляет вертолётчик в руки подельника.

Ничего удивительно в этом, конечно, нет, в руках «бойца» обычная «глушилка» родом из СССР.

Согласно современным знаниям физики и математики радиосигнал (совершенно неважно какой он там модуляции) распознаётся как сигнал (правильно он называется «полезный сигнал» ибо шум по природе своей тоже сигнал) только в случае если он выше уровня шума. То есть математика нам однозначно указывает, что можно просто заглушить сигнал шумом, то есть просто «перекричать».

У когерера Попова с шумами было всё катастрофически плохо — он их не фильтровал (отсекал) вовсе, но так как в его времена электро-магнитный спектр (эфир) был заполнен в основном молниями, то вровень точности был вполне достаточен.

Постепенно стали появляться радиостанции и по мере роста их популярности стали возникать вопросы совместимости, то есть появились соглашения «не глушить» или просто выделение частот под конкретные системы (службы их называют). По-началу была популярна амплитудная модуляция. (AM) когда от просто микрофон модулировал радиоволну (по факту это просто суммирование). По мере роста числа радиостанций начали задумываться, что ресурс не бесконечен и «пора бы и честь знать», так что на рынке появилась «частотная модуляция» (фактически она была придумана раньше амплитудной, но практически реализована заметно позже) и однополюсная SSB. Недостатком амплитудной модуляции было и остаётся «двойная полоса» и несущая, то есть полезный сигнал фактически дублируется как вверх, так и в низ от несущей частоты, да и сама несущая может гулять и всё это требует места в эфире. Но преимущество было в том, что человеческий мозг мог сам отделять AM от шумов, а вот, FM — он никак не воспринимаю. Больше половины 20-го века именно амплитудная модуляция была основной!!! Именно благодаря ей удавалось слушать «вражеские голоса» на фоне шума. Собственно, и сейчас, её производная SSB является самой популярной ибо ей пользуются дальнобойщики и все прочие пользователи нелицензируемых носимых радиостанций.

Важным фактором развития SSB стало не только появление супергетеродинных (с двумя гетеродинами) приёмников с промежуточными частотами, но и то, что технология дошла до механических кварцевых фильтров промежуточных частот, которые как раз и отсекали половину спектра вместе с несущей. Добротность кварцевых фильтров оказалась лучше, особенно в плане стабильности. по сравнению с простыми индуктивно-ёмкостно-резистивными фильтрами. То есть не важно было на какой частоте работала сама ридиостанция ибо фильтрация делась до стандартной промежуточной частоте на которую выпускались серийные, что важно для цены и массовости, фильтры.Это позволило существенно уплотнить эфир ибо радиостанции могли меньше мешать друг другу.

Человеческий мозг как тонкий избирательный фильтр оказался очень мощным инструментом и почти век служил в распознавании сигналов людям основным инструментом, но по мере появления необходимости передачи цифровой информации стали более популярны модуляции QAM или квадратурно-амплитудная модуляция, которые стали возможны благодаря реализации цифровых алгоритмов обработки сигнала. Ключевым отличием стало полное отсутсвие несущей частоты и почти равномерное занятие шумо-подобным сигналом всей полосы частот, но для неё стали нужны «цифродробилки» ибо она построена вокруг «преобразования Фурье» (это когда сигнал раскладывается на спектр и по каждой полосе амплитуда выражается цифрой), то есть она смогла развиться только после появления микропроцессоров!!!

А дальше начинается физическое хакерство. Дело в том, что все приёмники устроена по принципу: грубый фильтр (что б избежать. потерь сигнала), которым часто выступает сама антенна (если кто-то вдруг не знает что «коэффициент усиления» это именно математическая, а вовсе не физическая сущность рекомендую задуматься), далее УСИЛИТЕЛЬ , которы йимет всегда ограниченный динамический диапазон, то есть что-то «не слышит», а от чего-то «глохнет», то есть перестаёт что-либо усиливать и выдаёт на выходе бесполезный сигнал. Основной способ его защиты именно фильтрация спектра сигнала на входе активных цепей приёмника, но если будет помеха именно в том самом спектре частот что слушает приёмник, то входной каскад просто уйдёт в перегрузку и не будет выдавать никакой модулированной информации.

Именно на этом принципе построены глушилки, которые нынче называется радио-электронная борьба (РЭБ) и тут простая гонка вооружений: надо знать частоты и передать на них шум большой мощности что бы входной каскад приёмника не смог выполнять функцию усиления полезного сигнала.

Но ту есть одно большое НО: радиосигнал ослабляется пропорционально 2й степени расстояния между передатчиком и приёмником (на практике ещё хуже, конечно). Это чистой воды математика ибо затухание рассчитывается между идеальными антеннами в вакууме. Но практике есть есть ещё препятствия и одно из самых мощных: железо или его сочетание с бетоном столь популярное нынче в строительстве, то есть любое строение ослабляет сигнал весьма заметно, а при высоких частотах эффекта «огибания» фактические нет, зато есть отражения, которые по сути своей отличная помеха!!! То есть сигнал ровно на нужной частоте. Конечно, передатчик и приёмник могут быть занесены по частотам и это отчасти помогает, конечно, но не спасает в силу интерференции и дифракции.

Ещё одно важное замечание: управление и видеосигнал у современных коптеров зашифрованы и управлять ими получается только силами встроенных алгоритмов, что мы и видим на видео выше.

Тут важно понимать как ведёт себя копре при потере сигнала. В данном случае на видео Dji Mavic Pro такой же как и я использую. Он имеет шифрованные сигналы управления и картинки, но известно каких диапазонах частот он работает. Если веротолётик теряет связь с пультом управления, то у него есть 3 варианта поведения (определяется владельцем):

• Вернуться к точке взлёт на высоте не ниже заданной пользователем (по умолчанию);
• немедленно приземлиться;
• зависнуть в воздухе.

Однако, в случае разряда аккумулятора до критически низких значений включаются предопределённые алгоритмы поведения:

• если есть GPS, то вернуться на точку взлёта;
• если нет GPS совершить посадку.

На видео в начале заметки чётко видна склейка, то есть посадка не была ровной, а сколько времени вырезано неизвестно. То есть, вертолёт летал своем невысоко, его «оглушили», то есть заглушили приёмники как GPS, так и управления и видео-сигнала и дальше просто ждали пока «батарейка не сядет», тогда коптер просто начал посадку где его и поймали.

Итого: управление не было перехвачено!!! А просто была блокирована связь и девайс вёл себя весьма логично и безопасно!!!

На месте владельца надо было толкать того перца с палкой что б он отвлекался и «мазал мимо» и жать стик набора высоты, и пытаться уйти за здание. То есть добиваться того что бы сигнал от пульта управления воспринимался коптером.

В целом есть общий подход борьбы с глушилками:

• следить за числом спутников, если оно будет резко уменьшаться (например с обычных >21 до <9 на высоте где нет препятствий), то это явный признак глушилки рядом;
• эпизодическая потеря управления может быть предвестником как раз глушилки сигналов управления. Тут важно перемещаться оператору ближе к коптеру ибо сигнал заухает пропорционально квадрату расстояния!!!
• Если сигнал пропал, то важно чтобы коптер не пытался вернуться на базу ибо если её координаты подмены (GPS spoofing), то улетит он далеко не туда, где вы его ждёте, однако, по факту подменять координаты сложнее чем глушить тупо, а эффект ровно тот же, но вреда вроде как чуть меньше. Оптимально что б он завис до разряда батареек так как тогда у вас будет время подобраться к нему ближе и, возможно, восстановить управление;
• с подачи каких-то людей не знающих совсем физику некоторые пилоты боятся предупреждений об интерференции, но она возникает от обычных препятствий и на основе таких сообщений бояться глушилок глупо!!! Надо просто переместиться и посмотреть на приборы.

В качестве глушилок прекрасно работают как башни сотовой связи 4G, так и просто WiFi в больших количествах. А так как у нас в системе связи ДВА приёмника, то важно самому оператору не стоит стоять под WiFI или в секторе сотовой (под сектором излучения почти нет!!! ибо антенны там секторные и излучают они не во всё пространство, а только в конкретном направлении как по высоте, так и по горизонту). Ну или просто отойдите и помните, что КВАДРАТ расстояния работает ан практике почти 3я степень, так как вы ещё и из сектора «глушилки» можете выйти.

В нынешней поездке по стране я столкнулся с глушилками от ФСО на Валдае и мне удалось вернуть коптер с 3км расстояния при том, что я und был на машине быстро ехать поближе. Н уи помните, что высота — это тоже фактор расстояния.

Ещё немного справочной информации. Глушилок нынче много всяких и их производители заявляют очень большие расстояние (наверное в космосе). По факту если вы селите за полётом, то особой проблемы нет. По мере появления симптомов можно просто пытаться вернуться назад и самому приближаться к коптеру.