CC BY
1818
УДК 623.418
КОМПЛЕКС ОБНАРУЖЕНИЯ И БОРЬБЫ С МАЛОГАБАРИТНЫМИ БЕСПИЛОТНЫМИ ЛЕТАТЕЛЬНЫМИ АППАРАТАМИ
А. И. Годунов, С. В. Шишков, Н. К. Юрков
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].
В соответствии с проведенным анализом классификации БЛА по их основным характеристикам с учетом существующих комплексов ПВО и их возможности обнаружения БЛА 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 зенитноракетных комплексов (ЗРК) осуществить в этих условиях невозможно [2].
Концепция развития МБЛА постоянно меняется и развивается. Последний совершенно новый тип МБЛА будущего, планируемый к применению армией США, называется «Доминейтор» (от англ. «Ботта1;ог»), которые автоматически образуют группы «СошШайоп» 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 их обнаружению 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 принципов получения и обработки информации в оптическом диапазоне электромагнитных волн.
В случае наземного наблюдения, которое ведется с наблюдательных постов в любой обстановке и в различных диапазонах электромагнитных волн, наиболее эффективны оптикоэлектронные 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).
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 следующих показателей: круговой обзор на 360° по горизонтали и на 180° 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 пространственно-разнесенные 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).
Рис. 2. Многоканальное устройство обнаружения МБЛА и прицеливания
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, которая сама 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 (контрольное (наиболее ярко-выраженное) и сравниваемое-цифровое изображения) регистрируют одновременно для каждого фрагмента тремя и более идентичными видеосистемами (датчиками) 3 на основе многоэлементных высокоскоростных фотоприемников (рис. 2).
Пространственные координаты по информационному лазерному каналу 7 (рис. 3) через входное и выходное устройства, расположенные на гиростабилизированной платформе 8, поступают 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 электродатчика 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. 4, 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. 4. Работа комплекса поражения 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-/), одновременно по трем и более базам (рис. 5) по формуле Д = Б/1§ єМБЛА (стереоскопический базовый метод измерения дальности). Дальность Д до МБЛА определяется по величине параллактического угла определяемой суммой = с1 + с2 = Р1/( + Р2/( и по величине базы
МБЛА МБЛА ь МБЛА Ь МБЛА
между датчиками Б [2]. Использование трех и более приемных устройств позволяет определять достоверные трехмерные объемные изображения МБЛА.
13
Рис. 5. Схема матриц для определения расстояния и пространственных координат 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 появление объекта, и также с помощью ЭВМ 6 определяют пространственные координаты МБЛА в звуковом и радиолокационном диапазонах электромагнитных волн.
Используя определенные координаты датчиков 3 и углы направления , £2МБЛА, ЭВМ 6
рассчитывает пространственные координаты МБЛА и гиростабилизированной боевой части пакета направляющей в оптическом диапазоне электромагнитных волн. По полученным пространственным координатам, 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 разработанной системы обнаружения и прицеливания и системы поражения на подвижном объекте показан на рис.7.
Учитывая размеры современных и перспективных БЛА, а также установку на них антира-дарных 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.
Рис. 6. Схема работы комплекса Рис. 7. Вариант размещения комплекса
Для укомплектования больших систем достаточно трех точек установки радиопеленгаторов. Для радиоподавления 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. Структура управления комплексным методом борьбы с МБЛА представлена на рис. 8.
Рис. 8. Структура управления 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. 9).
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.
Рис. 9. Исходные данные и результаты расчета оценки эффективности устройств борьбы с МБЛА
Программа позволяет оценить эффективность устройств борьбы с МБЛА для различных режимов применения устройств и МБЛА в определенном диапазоне внешних воздействий.
Таким образом, проблема борьбы с МБЛА с использованием комплекса обнаружения и борьбы будет решена, а перспективы дальнейших исследований связаны с разработкой авиационных беспилотных комплексов борьбы с МБЛА.
Список литературы
1. Шишков, С. В. Анализ современных систем распознавания целей с использованием нейронных сетей / С. В. Шишков, Е. А. Чернов, Э. К. Исаев // Радиопромышленность. - 2011. - Вып. 4: Перспективы построения АСУ специального назначения.
2. Пархоменко, А. В. Артиллерийская разведка. Ч. I. Приборы артиллерийской разведки / А. В. Пархоменко. - Пенза : ПАИИ, 2010.
3. Устройство разведки объектов методом анаглифов / А. В. Пархоменко, Е. М. Устинов, В. В. Смогунов,
B. П. Фандеев, С. В. Шишков, Ю. В. Илясов, Д. В. Ивасенко / Патент на полезную модель № 86295, 27.08.09. Федеральный институт промышленной собственности.
4. Шишков, С. В. Устройство пеленгации и определение координат беспилотных летательных аппаратов /
C. В. Шишков // Радиопромышленность. - 2011. - Вып. 4: Перспективы построения АСУ специального назначения. - С. 103-109.
5. Насадка к оптико-электронным приборам для визирования объектов при больших углах места / С. В. Шишков, А. В. Пархоменко, Е. М. Устинов, В. А. Пархоменко, Ю. В. Илясов / Патент на полезную модель № 83603, 10.06.09. Федеральный институт промышленной собственности.
6. Устройство разведки объектов методом комбинированного стереоэффекта / С. В. Шишков, А. В. Пархоменко, Е. М. Устинов, В. В. Смогунов, Ю. В. Илясов, Д. В. Ивасенко / Патент на полезную модель № 84539, 10.07.09. Федеральный институт промышленной собственности.
7. Программа определения геометрических изменений на кадрах видеопоследовательности для обнаружения ДПЛА / С. В. Шишков, К. Музаи, Е. М. Устинов, А. В. Пархоменко, Е. М. Чернов, А. С. Щербаков / Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013611694, 31.01.13. Федеральный институт промышленной собственности.
8. Обзор систем сквозного проектирования печатных плат радиоэлектронных средств / И. М. Трифоненко, Н. В. Горячев, И. И. Кочегаров, Н. К. Юрков // Надежность и качество : тр. Междунар. симп. : в 2 т. / под ред. Н. К. Юркова. - Пенза : Изд-во ПГУ, 2012. - Т. 1. - С. 396-399.
9. Горячев, Н. В. Алгоритм функционирования системы поддержки принятия решений в области выбора теплоотвода электрорадиоэлемента / Н. В. Горячев // Надежность и качество : тр. Междунар. симп. : в 2 т. / под ред. Н. К. Юркова. - Пенза : Изд-во ПГУ, 2012. - Т. 2. - С. 238-238.
10. Затылкин, А. В. Алгоритмическое и программное обеспечение расчета параметров статически неопределимых систем амортизации РЭС / А. В. Затылкин, Г. В. Таньков, И. И. Кочегаров // Надежность и качество сложных систем. - 2013. - № 4. - С. 33-40.
Годунов, А. И.
Комплекс обнаружения и борьбы с малогабаритными беспилотными летательными аппаратами / А. И. Годунов, С. В. Шишков, Н. К. Юрков // Надежность и качество сложных систем. - 2014. - № 2(6). -
УДК 623.418
С. 62-70.
Годунов Анатолий Иванович
доктор технических наук, профессор, кафедра автоматики и телемеханики, Пензенский государственный университет (440026, Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40) E-mail: Godunov@pnzgu.ru
Godunov Anatoliy Ivanovich
doctor of technical sciences, professor,
sub-department of automatics and telemechanics,
Penza State University
(440026, 40 Krasnaya street, Penza, Russia)
Шишков Сергей Викторович
доцент, Пензенский артиллерийский инженерный институт (440005, Пенза, ул. Лермонтова, 28) E-mail: kateha007@bk.ru
Shishkov Sergey Viktorovich
associate professor
Penza Artillery Engineering institute
(440005, 28 Lermontova street, Penza, Russia)
Юрков Николай Кондратьевич
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой, кафедра конструирования и производства радиоаппаратуры, Пензенский государственный университет (440026, Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40) (8412) 56-43-46
Yurkov Nikolay Kondrat'evich doctor of technical sciences, professor, head of sub-department of radio equipment design and production,
Penza State University
(440026, 40 Krasnaya street, Penza, Russia)
E-mail: yurkov_NK@mail.ru
Аннотация. Предложена концепция создания комплексов для обнаружения и борьбы с малогабаритными беспилотными летательными аппаратами в интересах тактического звена Сухопутных войск. Приведены методы и средства обнаружения, захвата, подавления и поражения малогабаритных беспилотных летательных аппаратов.
Ключевые слова: концепция, комплекс, обнаружение, подавление, захват, поражение, малогабаритные беспилотные летательные аппараты.
Abstract. The concept of creation of systems for detection and control of small unmanned aerial vehicles in the interests of tactical level of the Ground forces. The methods and means of detection, seizure, suppression and destruction of small unmanned aerial vehicles.
Key words: concept, complex, detection, suppression, capture, defeat, small-sized unmanned aerial vehicles.
