CC BY
121Место и роль систем технического зрения в авиации Воздушно-космических сил
Подполковник А.М. АГЕЕВ, кандидат технических наук
Старший лейтенант В.В. ПРОЦЕНКО
АННОТАЦИЯ
ABSTRACT
Рассматриваются перспективы и проблемы внедрения систем технического зрения (СТЗ) для решения задач авиации Воздушно-космических сил. Показаны некоторые перспективные формы применения авиации с использованием СТЗ, а также перечень ее задач, способных решаться с их использованием в военных конфликтах на современном этапе.
The paper covers the prospects and problems of introducing the system of artificial vision (AVS) to perform the tasks of Aerospace Forces aviation. It shows certain advanced forms of using aircraft involving AVS, and also lists its tasks that can be carried out with their help in present-day military conflicts.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
KEYWORDS
Система технического зрения, навигация летательных аппаратов, робо-тотехнический комплекс, беспилотный летательный аппарат, Воздушно-космические силы.
System of artificial vision, navigation of aerial vehicles, robotic unit, unmanned aerial vehicle, Aerospace Forces.
К ЗАДАЧАМ авиации Воздушно-космических сил (ВКС) Вооруженных Сил Российской Федерации в современных операциях (боевых действиях) можно отнести как классические задачи ведения воздушной разведки, требования к которым значительно расширились, так и задачи по поражению объектов с применением высокоточного оружия1.
Применительно к современным и перспективным задачам воздушной разведки просматривается явная тенденция к сокращению времени между получением развединформации о цели и ее поражением (рис. 1). В результате наращивания возможностей технических средств разведки, обработки и передачи разведывательных данных за последние 70 лет это время сократилось от нескольких суток
и даже часов до нескольких минут. При этом доля процессов, которые осуществлялись на земле, постоянно сокращалась.
Основной тенденцией в развитии авиации последних десятилетий является включение в ее состав комплексов с беспилотными летательными аппаратами (БПЛА), опыт применения которых в военных конфликтах последних десятилетий
Рис. 1. Тенденция существенного сокращения времени на поражение целей, выявленных в ходе воздушной разведки
показал их высокую эффективность при выполнении разведывательных и специальных задач. Сегодня активно оттачиваются технологии применения и тактика ударных БПЛА, а также различные приемы совместного применения пилотируемой и беспилотной авиации2. Несомненно, важной и перспективной формой применения авиации в выполнении возлагаемых на нее современных задач являются ее действия в составе разведывательно-ударных контуров. Не требует особых доказательств и тот факт, что эффективное выполнение возлагаемых на авиацию ВКС задач зависит от качества их информационного обеспечения, которое реализуется на основе соответствующих информационных технологий.
Помимо основных боевых задач авиации в операциях (разведывательных, ударных, транспортно-десантных и специальных) существует целый ряд других актуальных задач, которые с использованием современных информационных технологий могут выполняться более эффективно. Перечень пилотажных, навигационных и прочих (вспомогательных) задач, обеспечивающих выполнение авиацией ВКС основных боевых задач, показан на рисунке 2.
Для решения пилотажных и навигационных задач требуются качественные автономные сенсоры — источники навигационных данных, которые обеспечивают:
• взлет и посадку летательных аппаратов днем и ночью в сложных метеорологических условиях, на нео-
Рис. 2. Перечень пилотажных, навигационных и прочих (вспомогательных) задач при выполнении авиацией Воздушно-космических сил основных боевых задач
борудованные площадки со сложным рельефом, заснеженной поверхностью и др.; контроль работы системы автоматического управления полетом при осуществлении посадки;
• групповой полет, в том числе полеты пилотируемой авиации в составе тактического звена, беспилотной авиации при полете в составе группы (роя); маловысотный визуальный полет в условиях отсутствия сигналов спутниковых навигационных систем, влияния электромагнитных помех и действий средств радиоэлектронной борьбы (РЭБ) противника;
• дозаправку топливом в полете;
• управление самолетом на больших и закритических углах атаки. Кроме того, имеется ряд вспомогательных задач мониторинга и контроля летательных аппаратов, работы систем механизации, действий экипажа, воздушной обстановки и организации воздушного движения и др.3
Используемые в настоящее время средства обнаружения и распознавания целей, их применение в составе систем управления, нави-
гации и боевого применения авиационных комплексов и высокоточного оружия имеют существенные недостатки, связанные с их низкими характеристиками, слабой помехозащищенностью, несовершенством алгоритмов и сложностью их реализации. В то же время существующее состояние научно-технического прогресса в области создания оптико-электронных систем, цифровых видеокамер высокого разрешения, методов и алгоритмов обработки изображений открывают возможность реализации высокоэффективного вооружения, военной и специальной техники на основе новых информационных технологий.
Одной из ключевых в перечне перспективных информационных технологий роботизации вооружения, военной и специальной техники является техническое зрение (рис. 3).
Техническое зрение (иначе компьютерное зрение) — это область науки, изучающая теорию и базовые алгоритмы анализа изображений и сцен4. Как технологическая дисци-
Рис. 3. Общий перечень перспективных технологий роботизации вооружения, военной и специальной техники
плина, техническое зрение стремится использовать соответствующие теории, алгоритмы и модели информационного обеспечения в целях создания СТЗ. Данные системы должны обеспечивать восприятие зрительной информации о внешней среде, формирование изображения рабочей сцены, а также осуществлять обработку и анализ изображения5.
Необходимо отметить, что в настоящее время особое внимание уделяется бортовым системам технического зрения, входящим в состав мобильных объектов и предназначенных для решения задач автономного
Основной тенденцией в развитии авиации последних десятилетий является включение в ее состав комплексов с беспилотными летательными аппаратами, опыт применения которых в военных конфликтах последних
десятилетий показал их высокую эффективность при выполнении разведывательных и специальных задач.
и автоматизированного управления в сложной, неопределенной и быстро изменяющейся внешней обстановке, а также в условиях активного противоборства. В наши дни данная технология готова к тому, чтобы полностью перенести все процессы разведки и обработки развединформа-ции на борт, фактически превратив летательный аппарат в автономного разведывательно-ударного робота, сократив время информационного обеспечения до считанных секунд, что соответствует общей концепции применения робототехнических комплексов военного назначения6.
Вместе с тем при несомненных, даже прорывных успехах в области технического зрения происходит слабое внедрение СТЗ в бортовые системы навигации и управления7. Указанное противоречие может стать причиной отставания в развитии военной авиации, в том числе роботизации соответствующих систем вооружения.
Рассматривая место систем технического зрения в структуре комплекса бортового оборудования самолета, можно отметить ее достаточно сложную структуру, а также тесную интеграцию с системами управления
и навигации, пилотажно-навигаци-онным и прицельно-навигационным комплексами самолета (рис. 4).
Отметим несколько важных аспектов, которые отражают принципиальную позицию специалистов по использованию СТЗ в авиации8:
Первое. Задачами СТЗ помимо обнаружения и распознавания изображений является определение возможно полного вектора координат и других параметров целей (типа, линейных размеров, направления движения, скоростей и др.).
Второе. Информация, получаемая с помощью СТЗ, может быть в последующем использована либо на борту для выполнения целевой задачи самолета или БПЛА, либо передачи ее вовне другим потребителям.
Третье. Если информация о цели уходит вовне (т. е. на наземный пункт управления, командный пункт, пилотируемый самолет с высокоточ-
ной ракетой), это должна быть не онлайн картинка, а сформированный пакет кодовой информации о ее параметрах (класс, тип, направление и скорость движения). Это вызвано главным образом ограничениями систем связи, действиями средств РЭБ противника, а также необходимостью скрытности разведки для обеспечения внезапности нанесения удара по цели.
Четвертое. Если информация используется на борту, то должна быть обеспечена ее полная интеграция с бортовым пилотажно-на-вигационным или прицельно-навигационным комплексом самолета (системой «самолет — авиационное средство поражения») на всех уровнях используемых протоколов бортовых систем.
Пятое. Максимум всех вычислительных и управляющих процессов должен быть реализован на борту
Рис. 4. Место систем технического зрения в структуре комплекса бортового оборудования
летательного аппарата. На земле — только принятие решения. В перспективе и эта функция может быть осуществлена на борту. Необходимо со всей ответственностью понимать, что вопрос передачи функций принятия решения на боевое применение роботизированной системе — непростой шаг с точки зрения морали, над которым необходимо серьезно думать и военным, и философам, и политикам. Однако оборонная промышленность должна быть готова к реализации этой задачи, работая на перспективу.
В заключение следует сказать, что при разработке СТЗ должна быть реализована их взаимосвязь с системами управления и навигации, пило-тажно-навигационными и прицельно-навигационными комплексами летательных аппаратов, внешними системами телеуправления и наведения. Разработчикам указанных си-
стем необходимо пересмотреть приоритеты в своей работе, двигаясь от развития успехов в распознавании изображений в направлении тесного взаимодействия СТЗ с бортовыми информационно-управляющими системами, последующей интеграцией их в глобальные системы управления вооружением авиации Воздушно-космических сил.
Занятие СТЗ соответствующего места в информационном обеспечении авиации ВКС и их реализация позволят, по предварительным оценкам, повысить эффективность воздушной разведки БПЛА на 50—60 %, поражения объектов (целей) на 40—50 %, решения отдельных вспомогательных задач на 20—30 %. Более точные оценки могут быть получены при разработке моделей и методик оценки эффективности применения определенных образцов СТЗ при выполнении конкретных задач.
ПРИМЕЧАНИЯ
1 Бондарев В.Н. Воздушно-космические силы России // Армейский сборник. 2017. № 3. С. 32—38.
2 Ананьев А.В., Филатов С.В. Обоснование нового способа совместного применения авиации и беспилотных летательных аппаратов малой дальности в операциях // Военная Мысль. 2018. № 6. С. 5—13.
3 Агеев А.М., Бондарев В.Г., Процен-ко В.В. Решение задач навигации летательных аппаратов на основе систем технического зрения // Сборник тезисов докладов научно-технической конференции. «Техническое зрение и распознавание образов». Издательство: Федеральное государственное автономное учреждение «Военный инновационный технополис «ЭРА», 2019. С. 11—15.
4 Политехнический терминологический толковый словарь. Словарное издание ЭТС. Составление: В. Бутаков, И. Фаградянц. 2014.
5 Крайлюк А.Д., Комченков В.И., Ивлев А.А., Юрин А.Д. Основы концепции развития робототехники военного назначения до 2030 г. // Мехатроника, автоматизация, управление. 2009. № 3. С. 10—15.
6 Визильтер Ю.В., Желтов С.Ю., Бон-даренко А.В. и др. Обработка и анализ изображений в задачах машинного зрения. М.: Физматкнига, 2010. 672 с.
7 Визильтер Ю.В., Желтов С.Ю. Использование глубоких нейронных сетей для анализа данных, управления и оптимизации в перспективных авиационных приложениях / В сборнике: XII Мульти-конференция по проблемам управления. 2019. С. 17—20.
8 Тезисы докладов круглого стола «Системы технического зрения в задачах управления и навигации летательных аппаратов» в рамках Международного военно-технического форума «Армия-2019», 25 июня 2019 г. М., 2019. 23 с.
