У 1990-х роках США почали впроваджувати GPS-наведення у високоточні боєприпаси. Однак відразу постала потреба у захисті від РЕБ — одним із засобів якого стали CRPA-антени.
Одним із наймасовіших рішень став JDAM — комплект хвостових рулів, який перетворює звичайну бомбу на керовану. Розробку JDAM розпочали у 1992 році, перші комплекти військові отримали у 1997-му, а у 1999-му застосували їх під час повітряної кампанії проти Югославії.
Поєднання супутникової та інерціальної навігації дозволило спрямовувати боєприпаси на задані координати без дорогої головки самонаведення. Разом із розвитком лазерного наведення це відкрило шлях до масової появи відносно дешевої високоточної зброї.
Так, керовані боєприпаси становили менше ніж 8% застосованих США авіаційних боєприпасів під час війни в Перській затоці у 1991 році, приблизно 30% під час операції в Югославії у 1999-му, понад 50% під час війни в Афганістані у 2001–2002 роках і понад 60% під час війни в Іраку у 2003-му.
Проте супутникове наведення має вразливе місце: до поверхні Землі навігаційні сигнали надходять із дуже малою потужністю. Мінімальний рівень приймання цивільного сигналу GPS L1 C/A, визначений стандартом, становить приблизно 0,14 фемтовата.
Приймач використовує відому структуру сигналу, щоб виділити його із шуму. Сильне стороннє випромінювання засобів РЕБ може завадити цьому процесу або перевантажити вхідну електроніку.
Одним зі способів захисту стали CRPA-антени — Controlled Reception Pattern Antennas, тобто антени з керованою діаграмою спрямованості. Вони використовують кілька антенних елементів і спільну обробку їхніх сигналів, щоб зменшувати чутливість до напрямків, із яких надходять завади.
Від адаптивних антен до захисту GPS
Алгоритми просторового придушення завад почали досліджувати ще до появи GPS. Вони мали розв’язати проблему, з якою звичайний частотний фільтр не справляється: корисний сигнал і завада можуть займати ту саму смугу частот, але надходити з різних напрямків.
У грудні 1967 року Бернард Відроу та його колеги опублікували в Proceedings of the IEEE роботу «Adaptive Antenna Systems». Автори описали антенну решітку, яка автоматично змінювала внесок сигналу від кожного елемента у спільний вихідний сигнал.
Така обробка дозволяла зберігати чутливість у потрібному напрямку й формувати провали діаграми спрямованості в напрямках джерел завад. Алгоритм підлаштовував решітку без попередніх відомостей про ці джерела.
Для супутникової навігації цей підхід дозволяв послаблювати стороннє випромінювання перед його надходженням до навігаційного приймача. Водночас антена мала зберігати можливість приймання слабких сигналів від кількох супутників, тоді як завади могли надходити від значно потужніших наземних передавачів.
Розробка такого захисту розпочалася вже на етапі розгортання GPS. Британська Roke датує створення своєї ранньої CRPA для захисту від придушення 1984 роком — задовго до масового застосування авіабомб JDAM.
Практичний комплект захисту потребував антенної решітки та електронного блока, який обробляв сигнали її елементів і передавав результат GPS-приймачу. Надалі розвиток цифрової електроніки розширив можливості такої обробки.
Як працюють CRPA-антени
Звичайна антена приймає суміш супутникових сигналів, шуму та стороннього випромінювання. Підсилювач підсилює цю суміш, включно із завадою. Частотні фільтри відсіюють випромінювання за межами робочого діапазону, але не можуть повністю відокремити заваду, яка перекривається з навігаційним сигналом за частотою.
CRPA додає до обробки просторову інформацію. Радіохвиля надходить до рознесених антенних елементів із невеликими відмінностями фази. Ці відмінності залежать, зокрема, від напрямку її приходу.
Електроніка порівнює сигнали антенних каналів і визначає, які їхні складові змінюються узгоджено. У найпростішому варіанті алгоритм спирається на те, що стороннє випромінювання значно потужніше за супутникові сигнали й надходить до різних елементів решітки з певними відмінностями фаз.
Для придушення цього випромінювання система змінює амплітуду й фазу сигналу кожного каналу перед сумуванням. Вона застосовує вагові коефіцієнти, які визначають, наскільки посилити або послабити сигнал і на який кут зсунути його фазу. У цифровій CRPA процесор виконує ці операції над оцифрованими сигналами.
Принцип можна пояснити на прикладі двох антен, які приймають ту саму заваду. Алгоритм підбирає коефіцієнти так, щоб його складові після обробки мали однакову амплітуду та протилежні фази. Тоді позитивне значення однієї складової збігається з таким самим за величиною негативним значенням іншої.
Під час сумування вони взаємно компенсуються. На практиці компенсація неповна, тому завада не зникає, але слабшає. Супутникові сигнали з інших напрямків мають інші співвідношення фаз між елементами, тому не компенсуються так само, хоча теж можуть послаблюватися.
Зі зміною положення носія або джерел завад алгоритм оновлює коефіцієнти. Так, система підтримує провали чутливості в напрямках небажаного випромінювання.
Існують різні архітектури багатоантенних систем. Одні пристрої обробляють сигнали решітки й передають спільний результат звичайному GNSS-приймачу. Інші інтегрують кілька приймальних каналів із навігаційною обробкою.
Цифрові рішення також дозволяють застосовувати просторово-часову обробку: алгоритм враховує як відмінності між антенними каналами, так і поведінку сигналів у часі.
Чому не можна просто додати більше антен
За узагальненим емпіричним правилом, для придушення N незалежних завад потрібно щонайменше N+1 антенних елементів. Наприклад, чотириелементна решітка може придушувати до трьох завад, зберігаючи можливість приймання корисного сигналу.
Проте на практиці результат залежить від напрямків приходу, взаємної залежності сигналів і способу обробки.
Збільшення кількості елементів також потребує змін в електроніці. У цифровій CRPA кожен додатковий елемент створює окремий канал приймання й оцифрування сигналу. Система має одночасно обробляти більший потік даних і розраховувати налаштування для спільної роботи каналів.
Це підвищує вимоги до обчислювальної потужності, живлення та відведення тепла, а також збільшує вартість виробу.
Обмеження створюють і розміри решітки. Якщо розміщувати елементи ближче один до одного, посилюється їхній взаємний електромагнітний вплив, який змінює характеристики приймання. Збільшення відстані між ними натомість потребує більше місця на носії, якого особливо бракує на малих дронах і боєприпасах.
Додаткові зміни виникають після встановлення на носій. Корпус безпілотника та сусідні конструкції відбивають або затіняють радіохвилі, змінюючи діаграму спрямованості.
Тому перехід від чотирьох елементів до восьми чи шістнадцяти потребує узгоджених змін антенної решітки, електроніки та програмного забезпечення та фактично створення нового виробу
Російська «Комета»: від ранніх приймачів до ракет і керованих бомб
Російське підприємство «ВНИИР-Прогресс» розробляло завадозахищену навігаційну апаратуру «Комета» ще до повномасштабної війни. У серпні 2012 року приймач ГЛОНАСС/GPS під цією назвою пройшов випробування для використання в системах синхронізації часу електроенергетичного обладнання.
Під час повномасштабного вторгнення українські фахівці почали досліджувати «Комети» з російських безпілотників. Зокрема, у зразку «Орлан-10», який ГУР датує липнем 2022 року, вони ідентифікували «Комету-М-ВТ» із чотириелементною адаптивною антенною решіткою. У липні 2023 року чотириелементну «Комету-М» виявили й у вцілілому модулі планерування та корекції авіабомби.
У березні 2024 року в уламках УМПК знайшли нову конфігурацію «Комети» з вісьмома елементами, а на початку 2025 року на російських ударних безпілотниках почали фіксувати вже 12-елементні «Комети».
Паралельно росіяни встановлювали імпортні CRPA: у березні 2025 року на ударних дронах виявляли китайські антени на 12 та 16 елементів. У квітні 12-елементні «Комети» знайшли й на авіабомбах: один із досліджених модулів мав маркування з датою виробництва «04.25».
У лютому 2026 року на дронах «Гарпия-А1» серії «КК», які атакували Одесу, виявили вже 16-елементну «Комету-М16».
У липні 2026 року з’явилися відомості про «Комету-М12Р-ВТ» із 12-елементною решіткою в носовому відсіку балістичної ракети 9М723 комплексу «Искандер-М».
Того самого місяця командир підрозділу «Нічна варта» з позивним Алхімік повідомив про захоплену 32-елементну антену з російського Shahed. За його описом, вона поєднувала дві групи по 16 елементів для роботи в різних частотних діапазонах.
Наприкінці вересня Сергій Бескрестнов оприлюднив фото ще однієї 32-елементної CRPA з маркуванням ALB. За його оцінкою, це китайський виріб для «Алабуги», де виготовляють ударні дрони.
Межі захисту та дослідження протидії
Можливості решітки обмежує кількість незалежних просторових складових, які вона здатна обробити. Проте кількість передавачів і кількість таких складових не завжди збігаються: значення мають напрямки приходу, відбиття та взаємозв’язок сигналів.
У дослідженні Direction and distribution sensitivity of sup-DOF interference suppression for GNSS array antenna receiver опублікованому у 2023 році у Frontiers in Physics, автори показали, що для решітки важлива кількість незалежних просторових складових випромінювання.
За певних напрямків приходу сигнали кількох джерел створюють залежні між собою співвідношення фаз на антенних елементах. Тоді їхнє придушення потребує менше ступенів свободи, ніж можна очікувати за наявної кількості антен.
Моделювання також показало, що за однакової кількості джерел і незмінної потужності завад результат залежить від їхнього просторового розподілу та орієнтації решітки. В одних умовах після обробки залишається мало небажаного випромінювання, в інших його придушення значно слабшає.
Цей висновок підтверджує й дослідження китайських науковців, опубліковане у 2024 році. Автори також показали, що кількість завад не обов’язково має перевищувати просторові можливості решітки: достатньо потужне випромінювання може порушити навігацію і за меншої кількості джерел.
У моделюванні чотириелементної решітки дослідники розглянули, зокрема, дві та три незалежні завади. В обох випадках система мала достатньо ступенів свободи для їхнього просторового придушення. Проте зі зростанням потужності завад вона досягала межі, після якої ефективність придушення різко погіршувалася.
Навіть коли CRPA успішно придушує завади, точність навігації може погіршуватися. Решітка зменшує чутливість до певних напрямків, тому разом із небажаним випромінюванням може послаблювати сигнали супутників, які потрапляють у сформовані провали.
Такий ефект зафіксували автори дослідження Analysis of a Novel Controlled Reception Pattern Antenna and its Influence on GNSS Measurements and Positioning. Аналогова CRPA послаблювала заваду, але водночас погіршувала приймання супутникових сигналів із напрямків, які охоплював провал чутливості. Під час роботи системи придушення дослідники також зафіксували зниження точності позиціонування.
Чому захист від придушення не дорівнює захисту від спуфінгу
Шумова завада заважає приймати справжні сигнали. Спуфінг має іншу мету — змусити приймач використати фальшиві сигнали замість справжніх.
Однією з ознак підміни може бути напрямок приходу. Реальні супутники розташовані в різних частинах неба. Якщо сигнали, що видають себе за сигнал з кількох супутників, надходять з одного напрямку, багатоантенна система може виявити цю невідповідність.
Однак наявність CRPA ще не означає, що пристрій виконує таку перевірку. Для цього потрібні відповідні алгоритми та доступ до інформації про окремі навігаційні сигнали.
Дослідження розподіленого спуфінгу Distributed Multi-Antenna GPS Spoofing Attack using Off-the-Shelf Devices показало обмеження захисту, який спирається на спільний напрямок приходу підроблених сигналів. У контрольованих лабораторних умовах автори змогли підмінити координати комерційних приймачів та обійти досліджені засоби виявлення.
У програмній моделі 2021 року інша група порівнювала методи протидії спуфінгу для решіток із різною кількістю елементів. В частині досліджених сценаріїв збільшення кількості антен не забезпечувало очікуваного захисту.
Висновок
Супутникова навігація в поєднанні з інерціальною залишається основою багатьох відносно дешевих високоточних боєприпасів. CRPA допомагають зберігати цю можливість в умовах радіозавад, хоча складніший захист поступово збільшує ціну й вимоги до бортової апаратури.
Розвиток таких систем продовжує перегони щита й меча. Удосконалення засобів РЕБ змушує виробників зброї збільшувати кількість антенних елементів і покращувати обробку сигналів. Стійкіші приймачі, своєю чергою, ускладнюють завдання для засобів придушення.
Паралельно, досягнувши вже значного порогу складності засобів для протидії РЕБ, почали масово з’являтися альтернативні системи навігації, які до цього використовувались лише на дорогих крилатих ракетах. Зокрема, системи оптичної навігації, що можуть визначати положення апарата, зіставляючи зображення бортової камери із завантаженою картою місцевості.