Badania
Naukowcy z Kazachstanu proponują nową metodę ochrony poleceń wysyłanych do rojów dronów
W czasopiśmie „International Journal of Information Technology“ ukazał się artykuł poświęcony zabezpieczaniu informacji przesyłanych od operatora do grupy bezzałogowych statków powietrznych (UAV). Autorzy proponują podejście oparte na lokalizacji źródła sygnału radiowego oraz wymianie danych między dronami za pośrednictwem łączy światłowodowych.
Artykuł zatytułowany „The use of fiber optics for securing information during command transmission to UAV groups“ („Wykorzystanie światłowodów do zabezpieczania informacji podczas przesyłania poleceń do grup UAV“) został opublikowany w numerze 18. czasopisma. Autorami są Ibragim Suleimenov, Aruzhan Kadyrzhan, Yelizaveta Vitulyova oraz Dina Shaltykova, związani ośrodkami naukowymi w Kazachstanie, m.in. National Engineering Academy of the Republic of Kazakhstan oraz Satbayev University w Ałmaty.
Punkt wyjścia: doświadczenia z pola walki
Autorzy wskazują, że rozwój rojów dronów, sterowanych przez jednego operatora, zyskuje na znaczeniu zarówno w zastosowaniach cywilnych, jak i wojskowych. W kontekście bezpieczeństwa informacji szczególnie istotne jest przesyłanie poleceń w zasięgu bezpośredniej widoczności radiowej. Jak podkreślają, w trwającym konflikcie w Ukrainie aktywnie wykorzystywane są drony FPV sterowane za pomocą światłowodów, co eliminuje ryzyko zakłócania radiowego, ale jednocześnie ogranicza zasięg operacyjny.
Na czym polega proponowana metoda?
Rozwiązanie opiera się na ustalaniu położenia źródła sygnału radiowego, czyli operatora. Drony w grupie wymieniają między sobą dane za pośrednictwem łączy światłowodowych, a położenie nadajnika wyznaczane jest na podstawie różnic faz sygnałów odbieranych przez poszczególne statki. Polecenia są akceptowane wyłącznie wtedy, gdy współrzędne źródła sygnału odpowiadają wartościom zapisanym w pamięci urządzenia.
Kluczowym elementem jest zastosowanie analizy portretów fazowych do określania chwilowej częstotliwości, amplitudy i fazy odbieranego sygnału. Według autorów po raz pierwszy metodę tę zastosowano w obszarze bezpieczeństwa informacji; wcześniej wykorzystywano ją m.in. w chemii fizycznej. Podejście to pozwala również wykrywać odchylenia sygnału od postaci harmonicznej, do których może dochodzić np. wskutek działań przeciwnika w zakresie walki elektronicznej.
Niskie przepustowości i fale długie
Autorzy twierdzą, że dzięki temu możliwe jest stosowanie kanałów o bardzo niskiej przepustowości (rzędu kilkudziesięciu bitów na sekundę, a nawet mniej niż kilka bitów na sekundę) oraz rezygnacja ze złożonych metod szyfrowania. Pozwala to wykorzystać zakresy fal długich, np. okolice 300 kHz, gdzie długość fali wynosi około kilometra. To upraszcza konstrukcję elektroniki pokładowej: nie ma potrzeby stosowania skomplikowanego modelowania linii transmisyjnych, ścisłego dopasowania impedancji czy specjalistycznego ekranowania typowego dla układów pracujących w zakresie GHz. Obniża to koszty produkcji płytek drukowanych i umożliwia użycie tańszych mikrokontrolerów.
Prototyp i test laboratoryjny
W artykule przedstawiono przykładową realizację układu elektronicznego opartego na mikrokontrolerze STM32H743VIT6 taktowanym z częstotliwością 480 MHz, 16-bitowym przetworniku analogowo-cyfrowym oraz mechanizmie bezpośredniego dostępu do pamięci (DMA). Opisano schemat blokowy systemu pokładowego dla grupy trzech dronów, algorytm przetwarzania sygnału oraz projekt płytki drukowanej. Układ przetestowano z wykorzystaniem generatora sygnału sinusoidalnego o częstotliwości 20 kHz, a wyniki potwierdziły, że obwód poprawnie buduje fragmenty portretu fazowego odpowiadające określonym odcinkom oscylacji harmonicznej.
Ograniczenia i możliwe zastosowania
Autorzy zaznaczają, że metoda ma zastosowanie wyłącznie w strefie bezpośredniej widoczności radiowej. Wskazują jednak, że zapewnienie bezpiecznego sterowania na takich dystansach jest równie istotne jak w przypadku dronów dalekiego zasięgu. Podkreślają także potencjał algorytmu poza sektorem obronnym, m.in. w analizie oscylacji quasi-harmonicznych w innych dziedzinach nauki. W zastosowaniach cywilnych roje dronów zdolne do lokalizowania źródła sygnału mogłyby, ich zdaniem, pełnić funkcję mobilnych, tymczasowych stacji przekaźnikowych, co jest istotne np. dla krajów o rozległym terytorium i niewielkiej gęstości zaludnienia, takich jak Kazachstan.
Badania zostały sfinansowane przez Komitet Naukowy Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego Republiki Kazachstanu. Artykuł opublikowano na licencji Creative Commons Attribution 4.0 International (Open Access).
Źródło
Suleimenov I., Kadyrzhan A., Vitulyova Y., Shaltykova D., The use of fiber optics for securing information during command transmission to UAV groups, International Journal of Information Technology (2026) 18:153–164, DOI: 10.1007/s41870-025-02719-2
