CC BY
396
УДК 623.418
Годунов А.И., Шишков С.В., Юрков Н.К.
Пензенский государственный университет, Пенза, Россия Пензенский артиллерийский инженерный институт, Пенза, Россия
КОМПЛЕКС ОБНАРУЖЕНИЯ И БОРЬБЫ С МАЛОГАБАРИТНЫМИ БЕСПИЛОТНЫМИ ЛЕТАТЕЛЬНЫМИ АППАРАТАМИ
Научно-технический прогресс за последние два десятилетия совершил несколько революций, которые привели к большому прорыву в вопросах использования ЭВМ, искусственного интеллекта, роботизированных комплексов в новом витке «гонки» высокоточного вооружения между конфликтующими сторонами. В ближайшем времени будет полностью стерта грань между беспилотными летательными аппаратами (БЛА), роботизированными комплексами и высокоточным оружием на основе использования технического (компьютерного) зрения и управления средствами поражения искусственным интеллектом [1].
Проведенный анализ классификации БЛА по их основным характеристикам с учетом существующих комплексов ПВО и их возможности обнаружения БЛА для последующего их поражения или захвата, разделяются на две основные группы:
1. Малогабаритные беспилотные летательные аппараты (МБЛА), масса которых достигает от нескольких грамм до 50 кг, имеющие большую массовость производства (соответственно использования) и низкую уязвимость к существующим средствам борьбы с воздушными целями.
2. БЛА, масса которых от 50 кг и выше, имеющие большую стоимость производства и уязвимость наравне с самолетами к существующим средствам борьбы с ними.
Тактика применения МБЛА разнообразна и включает в себя не только полет на предельно малых высотах, в складках местности, применение активных и пассивных помех, снижение радиозаметности, уровня инфракрасного излучения и акустического шума, но и высочайшую маневренность (вплоть до остановки («зависания») МБЛА в складках местности с последующим изменением траектории полета). Траектории полета МБЛА могут проходить на предельно малых высотах - 0,5...2 м, в широком диапазоне скоростей - 0...400 км/ч, в ущельях и оврагах, в тени от местных возвышенностей и за горизонтом, и поэтому их обнаружение РЛС войсковых зенитно-ракетных комплексов (ЗРК) осуществить в этих условиях невозможно [2] .
Концепция развития МБЛА постоянно меняется и развивается. Последний совершенно новый тип МБЛА будущего, планируемых к применению армией США, называется «Доминейтор» (от англ. «Dominator»), которые автоматически образуют группы «Constilation» и вооружены по четыре боеголовки.
Последние события осетино-грузинского конфликта показали неспособность существующих средств борьбы противостоять МБЛА, а использование перспективных МБЛА с искусственным интеллектом может привести к полному поражению ВВТ и объектов военной техники в процессе вооруженного противоборства. Для решения данной проблемы необходима разработка новых принципов и технических решений в борьбе с МБЛА.
Борьба с МБЛА включает в себя комплекс задач по обнаружению их и распознаванию, принятию решения по скрытности ВВТ и ОВТ от средств разведки и прицеливания МБЛА или их захвата и поражения. Задача по обнаружению (распознаванию) МБЛА и оценка эффективности их применения очень актуальны.
Для решения проблемы обнаружения малогабаритных беспилотных летательных аппаратов (МБЛА) был предложен целый комплекс методов и технических решений на основе различных принципах получения и обработки информации в оптическом диапазоне электромагнитных волн.
Рассматривая наземное наблюдение, которое ведется с наблюдательных постов в любой обстановке и в различных диапазонах электромагнитных волн, в решении проблемы обнаружения МБЛА наиболее эффективны оптико-электронные и акустоэлектрические средства в триплексе с радиолокационными средствами наблюдения. Основным каналом наблюдения является оптико-электронный с поддиапазонами (ультрафиолетовым, видимым и инфракрасным) [3].
Разработаны активные и пассивные методы обнаружения МБЛА в оптическом диапазоне электромагнитных волн (рис.1).
Методы обнаружения МБЛА в оптическом диапазоне электромагнитных волн
Активные методы
Пассивный метод
Рис. 1. Методы обнаружения МБЛА в оптическом диапазоне электромагнитных волн
Активными методами считаем метод анаглифов и метод определения координат МБЛА в пространстве [4] , а пассивные методы включают в свой состав метод визуального наблюдения [5] и метод комбинированного стереоэффекта [6].
Разработанные методы обеспечиваются разработанными техническими решениями в виде устройств, которые обеспечивают обнаружение МБЛА.
Устройство анаглифического обнаружения МБЛА может быть выполнено на основе камер наблюдения (фотоприемников в виде матриц ПЗС), источников подсветки, анаглифических фильтров, блока предварительной обработки изображений, процессора анализа и обработки изображений, канала вывода информации, блока питания.
Разработанные методы обеспечены устройствами, которые обнаруживают и определяют местоположение в пространстве МБЛА, но необходимо учесть применение в разрабатываемом комплексе следующие показатели круговой обзор на 360° по горизонтали и на 1800 по вертикали, параллельной работе в оптическом, звуковом и радиолокационном диапазоне электромагнитных волн, возможности размещения на подвижных объектах и создания достоверного трехмерного объемного изображения МБЛА и определения его дальнейшего направления движения для прицеливания.
Многоканальное устройство обнаружения МБЛА и прицеливания работает следующим образом: три и более пространственноразнесённые точки на гиростабилизирующихся платформах 1, связанных между собой рабочими базами 2, автоматически определяют расстояния между собой и свои пространственные координаты, что позволяет разместить в любых удобных местах, как на подвижном объекте, так и стационарном (рис.2).
Из рис. 2 следует, что на каждой базе размещено по три датчика: датчик 3 (камера кругового обзора), работающий в оптическом диапазоне, датчик 4, работающий в акустическом диапазоне и датчик 5, работающий в трех и более настраиваемых радиолокационных диапазонах электромагнитных волн. Управление работой и обработкой полученной информации осуществляется ЭВМ 6 с элементами искусственного интеллекта, который сам выбирает наиболее эффективные датчики для более точного обнаружения и определения пространственных координат МБЛА в различных условиях. Одновременная регистрация кадров видеопоследовательности и определения геометрических и цветовых изменений сформированных изображений, согласно изобретению контрольное (наиболее ярко-выраженное) и сравниваемое цифровые изображения регистрируют одновременно для каждого фрагмента изображений тремя и более идентичными видеосистемами (датчиками) 3 на основе многоэлементных высокоскоростных фотоприемников (рис.2).
Рассчитанные пространственные координаты по информационному лазерному каналу 7 (рис.3) (проводной резервный), через входное и выходное устройство размещено на гиростабилизированной платформе 8, поступает в систему поражения.
Рис.3. Система обнаружения и поражения МБЛА
Гиростабилизированная платформа 8 предназначена для устойчивой работы боевой части пакета направляющих, с кассетным заряжанием, для поражения МБЛА противника во время стрельбы, размещения блока питания, кругового беспроводного соединения с ЭВМ 6 и крепления механизмов наведения пакета направляющих 9 для установки контейнера 10 с шестнадцатью и более ракетами. Наведение пакета направляющих 9 осуществляется с помощью механизмов горизонтального наведения 14 (рис.4) и вертикального наведения 11 с помощью электродвигателей, питание которых поступает через вилку карданного подвеса 12.
Ракета состоит: головная часть 15 с оперением для устойчивого полета, элементы поражения 16, взрывчатого вещества и детонатора с замедлителями 17, двигателя на твердом топливе 18. Установка таймера замедлителя, и пуск ракеты производится с помощью электро-датчика 19, сигналом переданного с ЭВМ 6. Ракеты размещаются в контейнере, а их пуск осуществляется по выбору ЭВМ 6, в зависимости от класса МБЛА. Перезарядка осуществляется кассетной установкой ракет в направляющую.
Разработанный комплекс обнаружения для борьбы с МБЛА работает в комплексе со средствами поражения. Комплекс поражения МБЛА работает в следующей последовательности: одновременно регистрируя кадры видеопоследовательности и определения геометрических и цветовых изменений сформированных изображений [7], согласно рис. 9, контрольное (наиболее ярко-выраженное) и сравниваемое цифровые изображения регистрируют одновременно для каждого фрагмента изображений тремя и более идентичными видеосистемами (датчиками) 3 на основе многоэлементных высокоскоростных фотоприемников 13. Анализ изображений проводится на ЭВМ 6, где определяются величины смещения Р1, Р2, Р3 (рис.4) характерных фрагментов 20 (рис.5) сравниваемого изображения с аналогичными фрагментами контрольного при максимально возможном их совпадении в направлении параллактического смещения 21.
Рис. 5. Схема матриц для определения расстояния и пространственных координат МБЛА
Сущность измерения расстояния до МБЛА заключается в суммарном определении линейного параллакса, которое рассчитывается между двумя датчиками 1-2 (2-3, 1-3 или 1-і), одновременно по трем и более базам (рис.5) по формуле Д=Б/бд£мБЛА (стереоскопический базовый метод измерения дальности) . Дальность Д до МБЛА определяется по величине параллактического угла Ємбла определяемой суммой £мбла = Ємбла + Ємбла = Р1/£+Р2^ и по величине базы между датчиками Б [2] . Использование трех и более приемных устройств позволяет определять достоверные трехмерные объемные изображения МБЛА. Для наиболее достоверного обнаружения МБЛА в условиях плохой видимости, когда оптический канал по выбору ЭВМ 6 не эффективно использовать (густой туман, полная темнота и т.д.), в процессе обнаружения используется звуковой и радиолокационный каналы. Датчики 4 и 5 размещены совместно на гиростабилизирующих платформах 1 и параллельно фиксируют появления объекта, и также с помощью ЭВМ 6 определяют пространственные координаты МБЛА в звуковом и радиолокационном диапазонах электромагнитных волн.
е1 е2
Используя определенные координаты датчиков 3 и углы направления МБЛА , МБЛА, ЭВМ 6 рассчи-
тывает пространственные координаты МБЛА и гиростабилизированной боевой части пакета направляющей в оптическом диапазоне электромагнитных волн. Определяя постоянно пространственные координаты, ЭВМ 6 определяет скорость и направление движения, что позволяет производить сопровождение МБЛА и прицеливание. При определении противника пространственные координаты передаются на механизмы наведения, которые разворачивают направляющие в стороны МБЛА и производится выстрел одной гранатой (рис.6). На расчетной высоте с помощью детонатора происходит подрыв взрывчатого вещества 17, при взрыве которого элементы поражения 16 разлетаются по строго секционной направленности, имея максимальную эффективность поражения МБЛА. Используя датчики обнаружения, ЭВМ 6 оценивает попадание, при необходимости повторяет выстрел или переходит в пассивный режим работы используя систему обнаружения. Вариант размещения разработанного системы обнаружения и прицеливания и системы поражения на подвижном объекте показан на рис.7.
Рис.б. Схема работы комплекса
Рис.7.Вариант размещения комплекса
Учитывая размеры современных и перспективных БЛА, а также установку на них антирадарных покрытий наибольшую эффективность дает применение двухчастотных импульсных радиолокаторов. Первая группа частот в дециметровом диапазоне, вторая в сантиметровом для обнаружения МБЛА. Данные локаторы широко применяются в войсковых средствах ПВО. Комбинируем локатор в двухчастотный. Для увеличения скрытности системы возможно использование сравнительно маломощных моноимпульсных локаторов. А при длине посылки более 8 периодов СВЧ-колебаний применяем ФАР. Применение специальных методов позволяет использовать ФАР и при более коротких посылках. Такая система реализуется в диапазоне частот ниже 600 МГц. Аппаратура радиоперехвата и радиоподавления включает, в себя широкодиапазонные анализаторы принимаемых сигналов, которые могут использоваться как анализаторы находящихся вблизи телевизионных передатчиков МБЛА. Эти сигналы имеют определенную специфику и легко распознаются. Для укомплектования больших систем достаточно трех точек установки радиопеленгаторов. Для радиоподавление достаточно нескольких 50-ватных телевизионных передатчиков телевизионных сигналов с диаграммой направленности в сторону противника. При этом возможно ретранслировать на требуемой частоте программы каких-либо гражданских телеканалов. Управление комплексным методом борьбы с МБЛА приведен на рис.8.
Рис.8. Управление комплексным методом борьбы с МБЛА
Для борьбы с МБЛА используем подвижный пункт управления ПУ12М7, который изначально предназначен для решения задач ПВО, а для борьбы с БЛА его оснастили станциями радиотехнической разведки (РТР), оптико-электронной разведки, а также РЛС. Станция РТР обнаруживает и пеленгует каналы управления и сброса информации БЛА малого класса (по большим и средним БЛА комплекс работает как средство ПВО) . РТР пеленгует цель, передает целеуказание по пеленгу на РЛС, потом по этой информации подключается оптикоэлектронная система для получения точных координат БЛА. Для борьбы с МБЛА используем устройство пеленгации и определение координат беспилотных летательных аппаратов [4] на основе использования программы определения геометрических изменений на кадрах видеопоследовательности для обнаружения МБЛА [5]. Работа комплекса заключается в автоматизированном определении пространственных координат МБЛА по данным камер кругового обзора и отраженному лазерному излучению, на основе определения дальности, вертикальных и горизонтальных углов с использованием ЭВМ, программой производится выбор метода скрытности, захвата или поражения и оценка эффективности устройств борьбы (рис.8).
Рис.9. Исходные данные и результатов расчёта оценки эффективности устройств борьбы с МБЛА
Программа обеспечивает:
-ввод через меню интерфейса параметров цели (фронт, глубина);
-ввод через меню интерфейса зоны поражения реактивным снарядом по дальности и направлению;
расчет площади захвата МБЛА устройством захвата МБЛА залпом или одиночным пуском по заданным параметрам;
-расчет процента захвата МБЛА устройством захвата МБЛА залпом или одиночным пуском по заданным параметрам;
-наглядное представление о положении точек захвата МБЛА устройством захвата МБЛА относительно цели на мишенном поле;
-ввод через меню интерфейса высоты активного участка траектории, разбитие его на необходимое количество слоев и установки в каждом слое действительных слагающих баллистического ветра, что позволяет реально смоделировать процесс воздействия ветра на пространственное движение устройством захвата МБЛА.
Программа позволяет оценить эффективность устройств борьбы с МБЛА для различных режимов применения устройств и МБЛА в определённом диапазоне внешних воздействий.
Таким образом, проблема борьбы с МБЛА с использованием будет решена, а перспективы дальнейших исследований связаны с разработкой авиационных беспилотных комплексов борьбы с МБЛА.
ЛИТЕРАТУРА
1. Шишков С.В. Анализ современных систем распознавания целей с использованием нейронных сетей. /Чернов Е.А., Исаев Э.К./. Журнал «Радиопромышленность». Выпуск 4. Перспективы построения АСУ специального назначения. Москва, 2011, с.58-67.
2. Пархоменко А.В. Артиллерийская разведка. Ч. I. Приборы артиллерийской разведки. - Пенза: ПАИИ, 2010.
3. Пархоменко А.В. Устройство разведки объектов методом анаглифов. /Пархоменко А.В., Устинов Е.М, Смогунов В.В., Фандеев В.П., Шишков С.В. Илясов Ю.В., Ивасенко Д.В./. Патент на полезную модель №86295, 27.08.09. Федеральный институт промышленной собственности.
4. Шишков С.В. Устройство пеленгации и определение координат беспилотных летательных аппаратов. Журнал «Радиопромышленность». Выпуск 4. Перспективы построения АСУ специального назначения. Москва, 2011. С.103-109.
5. Шишков С.В. Насадка к оптико-электронным приборам для визирования объектов при больших углах места. /Пархоменко А.В., Устинов Е.М., Пархоменко В.А., Илясов Ю.В./. Патент на полезную модель №83603, 10.06.09. Федеральный институт промышленной собственности.
6. Шишков С. В. Устройство разведки объектов методом комбинированного стереоэффекта. /Пархоменко А. В., Устинов Е. М., Смогунов В. В., Илясов Ю. В., Ивасенко Д. В./. Патент на полезную модель №84539, 10.07.09. Федеральный институт промышленной собственности.
7. Шишков С. В. Программа определения геометрических изменений на кадрах видеопоследовательности для обнаружения ДПЛА. / Музаи К., Устинов Е.М., Пархоменко А.В., Чернов Е.М., Щербаков А.С./. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2013611694, 31.01.13. Федеральный институт промышленной собственности.
8. Трифоненко И.М. Обзор систем сквозного проектирования печатных плат радиоэлектронных средств / И.М. Трифоненко, Н.В. Горячев, И.И. Кочегаров, Н.К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. - Т. 1. - С. 396-399
