Научная статья на тему 'О СКРЫТНОСТИ ОБЪЕКТОВ МОРСКОЙ РОБОТОТЕХНИКИ ОТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАНАЛОВ НЕКОНТАКТНЫХ ВЗРЫВАТЕЛЕЙ ДОННЫХ МИН'

О СКРЫТНОСТИ ОБЪЕКТОВ МОРСКОЙ РОБОТОТЕХНИКИ ОТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАНАЛОВ НЕКОНТАКТНЫХ ВЗРЫВАТЕЛЕЙ ДОННЫХ МИН Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY-NC
67
21
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СКРЫТНОСТЬ ОБЪЕКТОВ МОРСКОЙ РОБОТОТЕХНИКИ / ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ / ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДИПОЛЬНЫЙ МОМЕНТ / ОПТИМАЛЬНОЕ ОБНАРУЖЕНИЕ / КРИТЕРИЙ НЕЙМАНА - ПИРСОНА

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Малышев О.В., Эйдук В.И., Хорошев В.Г., Яковлев А.В.

Объект и цель научной работы. Объекты морской робототехники. Цель исследования - получение оценок возможного влияния изменчивости фоновых условий на их скрытность от локальных электрометрических донных средств противника, таких как электрические каналы неконтактных взрывателей (НВ) донных мин. Материалы и методы. Работа является дальнейшим развитием исследований по разработке путей анализа и обеспечения скрытности морских объектов на основе методологии системного подхода с использованием принципов теории оптимального обнаружения сигналов на фоне помех. Основные результаты. Рассмотрены пути повышения электрической скрытности объектов морской робототехники. Предложена математическая модель для оценки возможных спектральных параметров придонной электрической помехи в зависимости от фоновых условий. Получены оценки возможных дистанций электрометрического обнаружения объектов локальными донными средствами в зависимости от электрического дипольного момента объекта, электропроводимости морской воды и интенсивности придонных электрических помех. Заключение. Результаты исследований создают основу для нормирования параметров электрической заметности объектов морской робототехники и разработки способов управления данными объектами с учетом необходимости обеспечения их скрытности от электрических каналов НВ донных мин.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Малышев О.В., Эйдук В.И., Хорошев В.Г., Яковлев А.В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ELECTRIC STEALTH OF MARINE ROBOTICS AGAINST NON-CONTACT SEABED MINES

Object and purpose of research. This paper investigates marine robots to estimate possible effect of environmental changes upon their stealth against local electrometric seabed threats, like non-contact mines. Materials and methods. This paper continues the series of studies analyzing stealth of marine objects as per system-approach methodology and theoretical principles of optimal signal identification against noisy background. Main results. The paper discusses possible ways for improving electric stealth of marine robotics and suggests a mathemat- ical model for estimation of possible spectral parameters of near-seabed electric interference depending on the environment. The study yielded the estimates of possible electrometric detection for local seabed assets depending on electric dipole moment of the target, electric conductance of sea water and intensity of electric interference near the seabed. Conclusion. The results of these studies pave way to the development of electric stealth standards for marine robotics, as well as to the development of marine robotic technology control methods taking into account the necessity to ensure their stealth for non-contact seabed mines with electric fuses.

Текст научной работы на тему «О СКРЫТНОСТИ ОБЪЕКТОВ МОРСКОЙ РОБОТОТЕХНИКИ ОТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАНАЛОВ НЕКОНТАКТНЫХ ВЗРЫВАТЕЛЕЙ ДОННЫХ МИН»

DOI: 10.24937/2542-2324-2022-1-399-150-158 УДК 623.9:007.52+623.983

О.В. Малышев1, В.И. Эйдук2, В.Г. Хорошев1, А.В. Яковлев2

1 ФГУП «Крыловский государственный научный центр», Санкт-Петербург, Россия

2 ФГОУ Военный институт (Военно-морской политехнический) ФГКВОУ ВПО «Военный учебно-научный центр Военно-морского флота «Военно-морская академия имени Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова», Санкт-Петербург, Россия

0 СКРЫТНОСТИ ОБЪЕКТОВ МОРСКОЙ РОБОТОТЕХНИКИ ОТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАНАЛОВ НЕКОНТАКТНЫХ ВЗРЫВАТЕЛЕЙ ДОННЫХ МИН

Объект и цель научной работы. Объекты морской робототехники. Цель исследования - получение оценок возможного влияния изменчивости фоновых условий на их скрытность от локальных электрометрических донных средств противника, таких как электрические каналы неконтактных взрывателей (НВ) донных мин. Материалы и методы. Работа является дальнейшим развитием исследований по разработке путей анализа и обеспечения скрытности морских объектов на основе методологии системного подхода с использованием принципов теории оптимального обнаружения сигналов на фоне помех.

Основные результаты. Рассмотрены пути повышения электрической скрытности объектов морской робототехники. Предложена математическая модель для оценки возможных спектральных параметров придонной электрической помехи в зависимости от фоновых условий. Получены оценки возможных дистанций электрометрического обнаружения объектов локальными донными средствами в зависимости от электрического дипольного момента объекта, электропроводимости морской воды и интенсивности придонных электрических помех.

Заключение. Результаты исследований создают основу для нормирования параметров электрической заметности объектов морской робототехники и разработки способов управления данными объектами с учетом необходимости обеспечения их скрытности от электрических каналов НВ донных мин.

Ключевые слова: электрическая скрытность объектов морской робототехники, электрическое поле, электрический дипольный момент, оптимальное обнаружение, критерий Неймана - Пирсона. Авторы заявляют об отсутствии возможных конфликтов интересов.

DOI: 10.24937/2542-2324-2022-1-399-150-158 UDC 623.9:007.52+623.983

O. Malyshev1, V. Eiduk2, V. Khoroshev1, A. Yakovlev2

1 Krylov State Research Centre, St. Petersburg, Russia

2 Naval Polytechnical Institute, N.G. Kuznetsov Naval Academy, St. Petersburg, Russia

ELECTRIC STEALTH OF MARINE ROBOTICS AGAINST NON-CONTACT SEABED MINES

Object and purpose of research. This paper investigates marine robots to estimate possible effect of environmental changes upon their stealth against local electrometric seabed threats, like non-contact mines.

Materials and methods. This paper continues the series of studies analyzing stealth of marine objects as per system-approach methodology and theoretical principles of optimal signal identification against noisy background.

Для цитирования: Малышев О.В., Эйдук В.И., Хорошев В.Г., Яковлев А.В. О скрытности объектов морской робототехники от электрических каналов неконтактных взрывателей донных мин. Труды Крыловского государственного научного центра. 2022; 1(399): 150-158.

For citations: Malyshev O., Eiduk V., Khoroshev V., Yakovlev A. Electric stealth of marine robotics against non-contact seabed mines. Transactions of the Krylov State Research Centre. 2022; 1(399): 150-158 (in Russian).

Main results. The paper discusses possible ways for improving electric stealth of marine robotics and suggests a mathematical model for estimation of possible spectral parameters of near-seabed electric interference depending on the environment. The study yielded the estimates of possible electrometric detection for local seabed assets depending on electric dipole moment of the target, electric conductance of sea water and intensity of electric interference near the seabed.

Conclusion. The results of these studies pave way to the development of electric stealth standards for marine robotics, as well as to the development of marine robotic technology control methods taking into account the necessity to ensure their stealth for non-contact seabed mines with electric fuses.

Keywords: electric stealth of marine robotics, electric signature, electric dipole moment (EDM), optimal detection,

Neyman-Pearson criterion.

The authors declare no conflicts of interest.

Введение

Introduction

В современной войне на море все большую роль играют морские робототехнические комплексы (МРТК), которые применяют для решения широкого круга задач вооруженной борьбы.

Формулируя общие требования к объектам морской робототехники, основное внимание обычно уделяют их способности решать свойственные задачи, возможности оперативной модификации их структуры для различных функциональных назначений, разработке способов группового управления роботами и организации их взаимодействия, а также интеграции МРТК в системы более высокого уровня [1]. Внимание, уделяемое при этом скрытности действий МРТК, во многих случаях оказывается недостаточным.

В то же время обнаружение объектов робототехники средствами противника со значительной вероятностью приведет к их уничтожению либо подавлению. Поэтому одним из условий высокой эффективности применения МРТК является обеспечение достаточно высокой скрытности от средств наблюдения и управления оружием противника [2]. Значимость обеспечения малой заметности и высокой скрытности робототехни-ческих комплексов военного назначения была отмечена в решении XIII Всероссийской научно-практической конференции «Перспективные системы и задачи управления» [3].

Постановка задачи оценки параметров скрытности объектов морской робототехники

Stealth assessment of marine robotics: formulation of task

К основным факторам, влияющим на скрытность морской робототехники, часто можно отнести необ-

ходимость действий на мелководье, в т.ч. в относительной близости от грунта.

В прибрежных районах с небольшими глубинами могут быть обнаружены и поражены донными средствами противника роботизированные средства, решающие различные задачи, в т.ч. противоминные, связанные с гидроакустической разведкой, сбором гидрографической и батиметрической информации, вскрытием противодесантной обороны противника, разведкой подводной инфраструктуры пунктов базирования [1].

Роботизированные объекты играют ведущую роль в современных противоминных действиях. Среди объектов с таким предназначением можно выделить необитаемые подводные аппараты (НПА), такие как зарубежные Double Eagle Mk 3, Mk 18 Mod. 2 Kingfish, Pluto Gigas и отечественные «Маевка», «Амулет», «Александрит-ИСПУМ», а также безэкипажные катера (БЭК), такие как зарубежные Inspector, Protector, ARCIMS, C-Sweep/Halcyon, CUSV и отечественные «Искатель», «Диамант».

Во многих случаях в состав противоминных МРТК входят БЭК, которые являются носителями НПА. Например, в состав французского противоминного комплекса входит БЭК Sterenn Du, доставляющий в миноопасный район средства поиска (НПА Alister-18, буксируемую DUBM-44, и самоходную гидроакустическую станцию мино-искания (ГАСМ), средства классификации и уничтожения мин (K-ster) [2]. В случае обнаружения средствами противника НПА и БЭК, в т.ч. буксировщиков тралов и средств доставки поисковых НПА, они могут быть поражены как путем близкого подрыва мины, так и средствами самообороны перспективных минных комплексов - малогабаритными торпедами или суперкавитирующими снарядами.

Для выработки требований к параметрам за-метности объектов - элементов МРТК - на основе оценок эффективности их применения необхо-

дима разработка математических моделей их действий при решении свойственных задач с учетом параметров, характеризующих боевую устойчивость [2]. Оценки таких параметров осуществляются на основе математических моделей обнаружения и поражения роботизированных объектов средствами противника, которые, в свою очередь, учитывают оценки параметров их скрытности от средств неприятеля (обычно дистанций обнаружения). При этом модели обнаружения и поражения должны учитывать все применяемые противником средства обнаружения, реагирующие на различные физические поля. Одной из моделей этого уровня должна быть модель для оценки параметра электрической скрытности - дистанции электрометрического обнаружения объекта в зависимости от его заметности.

Электрическую заметность относительно небольших, по сравнению с дистанциями обнаружения, морских объектов удобно характеризовать величиной электрического дипольного момента (ЭДМ). Основной причиной возникновения электрического поля (ЭП) морских объектов являются электрохимические процессы на контактирующих с морской водой деталях с различными электрод-

Датчики потенциала ЭП

Рис. 1. Датчики электрического поля фирм Subspection (a), Polyamp AB (b), Information Systems Laboratories (с), донные мины MINEA (d)

Fig. 1. Electric signature sensors by Subspection (э), Polyamp AB (b), Information Systems Laboratories (с), MINEA seabed mines (d)

ными потенциалами. Поскольку в возникающей при этом электрической цепи поверхностное сопротивление электродов превышает сопротивление растеканию тока по морской воде, величины ЭДМ слабо зависят от фоновых параметров среды. Основной целью данной статьи является получение оценок возможного влияния фоновых условий на скрытность объектов морской робототехники от локальных электрометрических донных средств противника, таких как каналы неконтактных взрывателей донных мин.

ВМС различных стран для обнаружения морских объектов используют современные электрометрические средства (самостоятельные или в комплексе с другими датчиками) таких фирм, как Subspection, Ultra Electronics (Великобритания), Polyamp AB (Швеция), Information Systems Laboratories (США), STL Systemtechnik Ludwig GmbH, Atlas Elektronik GmbH (Германия), Ocean Underwater Technology (Франция), MIS (Новая Зеландия), L3 Oceania (Австралия), SAES (Испания) (рис. 1).

Минимальный спектральный уровень собственных помех таких средств снижается от 20-25 нВ /^/Гц на частоте 0,01 Гц, до 5-6 нВ /^/Гц на частоте 0,1 Гц и до ~1 нВ />/Гц на частоте 1 Гц [4]. Фоновые уровни помех в море существенно выше, поэтому собственные помехи необходимо учитывать только при малых расстояниях между измерительными электродами.

Типичным примером современной донной мины с электрическим каналом НВ является MINEA (Испания) [5], имеющая пять датчиков потенциала ЭП (рис. 1).

Диапазон возможных уровней фонового ЭП может быть весьма широким, его изменчивость отмечалась во многих работах, например в [6, 7]. Уровни придонного фонового ЭП анизотропны и даже для конкретной акватории могут существенно изменяться в зависимости от времени года и суток.

К наиболее значимым источникам фоновых электрических помех в мелком море относят вариации магнитного поля Земли (МПЗ), низкочастотную изменчивость течений и поверхностное волнение. Дополнительными причинами изменчивости поля могут быть биоэлектрические явления, перемещение взвешенных частиц и пузырьков, турбулентность и ряд других процессов. В акваториях портов и вблизи прибрежных промышленных объектов возникает интенсивная антропогенная помеха.

Оценка уровней фоновых электрических помех

Assessment of background electric interference level

Оценку уровней фоновых электрических помех целесообразно проводить в рамках трехслойной модели, предполагая воздух непроводящим, а воду и грунт - имеющими постоянные величины электропроводимости ow,g.

Поскольку морская вода обладает электрической проводимостью, вариации МПЗ индуцируют в ней электрические (теллурические) токи и поля. Для энергетического спектра низкочастотной горизонтальной составляющей ЭП £вар(/), возникающей при этом вблизи грунта, в [7] получено соотношение:

Еар (/) = (2П/ )2 Ввар (/) [kwsh(kwH ) - kgch(kwH )J2 , (1)

где Ввар(/ - спектр вариаций МПЗ в воздухе, kw и kg - волновые числа электромагнитных волн в воде и грунте соответственно, kwg и ф2ц/оwgц0,

H - глубина места.

Для моделирования спектра вариаций МПЗ Ввар(/ может быть использовано соотношение:

Ввар ( f ) - <

2a2 2

+ «32 2

«2+ю2 ~2

2a4

«4 + (a5 - ю)2

+a

2a,

3 a4 + (a5 + ю)2

(2)

где ю = 2/ a1 = 0,995свар, a2 = 0,006, a3 = 0,089свар, a4 = 0,117, a5 = 0,145. При спокойном состоянии магнитного фона среднеквадратичное отклонение (СКО) вариаций свар увеличивается с широтой и может составлять СКО ~ 0,2-1 нТл с возможным увеличением в несколько раз вблизи берегов или островов за счет влияния геоэлектрических неодно-родностей проводимости.

Низкочастотную изменчивость течений описывают турбулентными моделями. В известной работе [8] получены соотношения для потенциала Uтеч = - B • rot (v), создаваемого вблизи непроводящего грунта горизонтальным течением со скоростью vy = ^ cos[nx/(2b)], присутствующим только в верхнем слое моря толщиной hr Решение такой задачи для случая проводящего грунта и скорости vT принимает вид:

E = —(dUТеЧ / дх)\г ==H =

= — B2ow [р (H,hт,в) / P2 (H, hт, P)]cos(px);

E = -(dUTe4 / dz)|z=h = = Bzоg [p (H, кт, в) / P2 (H, h, P)]sin(px),

(3)

где Р!(Н, кт, в) = ,?кфкт)[ек2фН) - ^2(РЯ)], Р2(Я, кт, в) = = [ск2(вкт) - sк2(вкт)]•[cwsк(вH) + с^кфН)], в = п/(2Ь).

При отсутствии генерации турбулентности на масштабах интенсивного волнения степень спадания спектра низкочастотных квазигоризонтальных движений изменчивости течений может быть принята равной -2 [9]. В этом случае спектральные уровни ЭП вблизи грунта, вызываемые изменчивостью течений, можно оценить как

ЕТеЧ ( f ) - (5-10-5 )(ОтечЕГ,г / f )2 ,

(4)

где стеч - СКО изменчивости течений в диапазоне (10-4-!) Гц. Предположения о постоянном соотношении авг между вертикальными и горизонтальными размерами вихревых движений и средней скорости их смещения, равной (ит), приводит

к вя = кИ/1(ит) и вЧО = пИА(ит) при /< а,г и) /н и вкт(/) = паВг при / > авг (ит) /н.

Решение для средней по направлениям распространения волн придонной помехи ЭП, вызываемой волнением с энергетическим спектром SВ(f), получено в виде:

Ко, (/) = ^вол (/)(%)2 [2я/ • ск(Ш)Т2 (В2 / 2); Сл (/) = ^вол (/№? [2я/ • ск(Ш)Т2 X (5)

х(52С2 /2 + 52С2).

где С = {2к^&ехр[(к - у^Н] + к(к - у„) х х ехр(-2у„Н) - к(к + у„)}1С; С2 = {-2ку„ ехр[(к - у„)Н] + (2уг - у„) х х ехр(-2УмН) - (2уг + у„)(к + у„)}1Сэ; Сз = (к - у„)(у„ - у8) ехр(-2у„Н) + (к + у„)(у„ + у8); у/ = к2 + /2п/йоС„; У82 = к2 + г'2п/ро^; к = к(/) - волновое число, к-/к(кН) = (2л/)2^; 5гг -горизонтальная и вертикальная составляющие индукции МПЗ.

Спектр поверхностного волнения SВолf) должен учитывать не только ветровое волнение, но и более низкочастотное гравитационное. В работе [10] предложено соотношение, связывающее средний уровень спектра гравитационного волнения Sig в диапазоне частот 0,01-0,! Гц с максимальным

уровнем спектра ветрового волнения SВmЛx в виде Sjg = к^ (Б^ах )0'85 (размерности уровней спектров м2/Гц, {кК) = 8,9-!0 4, кще(!,6-48)-!0-4 с веро-

ятностью 0,7). Модельный широкополосный спектр поверхностного волнения составлен из низкочастотного спектра с уровнем и спектра развитого ветрового волнения Пирсона - Московица [11].

Суммарный спектр фоновой придонной электрической помехи, создаваемой рассмотренными основными процессами, можно записать, как

Епом (/) = Евар (/) + Етеч (/) + Евол (/). (6)

Спектр (6) позволяет оценивать вероятный диапазон параметров фоновых помех и его изменчивость в зависимости от наиболее важных влияющих факторов, однако для прогнозирования помехи в конкретной акватории его использование требует информации о реализующихся величинах влияющих параметров. Кроме того, свой вклад в помеху могут вносить неучтенные турбулентные, биологические и др. процессы.

На рис. 2 показаны результаты оценок диапазона спектров помехи, соответствующих (7) при изменении параметров фоновых условий в диапазонах свар = 0,3-3 нТл, стеч = 0,005-0,1 м/с, свол = = 0,005-1 м, = 0,3-4 См/м, = 0,3-Ю-4 См/м, предполагалось Н = 30 м, (ит) = 0,05 м/с, а^ = 0,05.

На рис. 2 также показаны несколько сглаженных экспериментальных спектров помехи ЭП в Балтийском [12, 13], Черном [8] и Охотском морях. Они соответствуют области наиболее вероятных параметров фоновых помех, за исключением спектров, полученных в акваториях портов.

Минимальные уровни помех (СКО ~ ~ 0,1-0,3 мкВ/м) определяются интенсивностью вариаций МПЗ. Как показывают оценки, в зависимости от интенсивности динамических процессов в акватории энергетические уровни помех могут увеличиваться на 3-4 порядка (до СКО ~ 20-40 мкВ/м),

а в условиях интенсивных прибрежных техногенных помех - на 5-6 порядков (до СКО ~ 150-170 мкВ/м). Такой диапазон возможных параметров помех приводит к существенной изменчивости электрической скрытности морской робототехники в зависимости от реализующихся фоновых условий.

Оценка дистанций электрометрического обнаружения объектов морской робототехники

Assessment of electrometric detection distance for marine robots

Оценки возможных дистанций обнаружения ЭП объектов МРТК были получены с использованием теории оптимального (по критерию Неймана - Пирсона) обнаружения сигналов на фоне случайных помех.

В трехслойной модели потенциал, создаваемый в водной среде электрическим (токовым) дипольным моментом (ЭДМ) P с координатами (х0 = 0, y0 = 0, h), можно представить в виде соотношения [14]:

Qxy - Pz (z + h) Qxy + Pz (z - h)

U„ = -

4no„

R

xy zx

л!

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

10 20

Qxy - Pz (z + h - 2nH)

К

R!

Qxy + Pz (z - h + 2nH) +—--;-+

R2n

Qxy + Pz (z - h - 2nH)

+-3-+

R3n

Qxy - Pz (z + h + 2nH)

R

4n

(7)

Спектральный уровень помехи, мкВ /Гц

Частота, Гц

Рис. 2. Результаты оценок вероятной области спектров фоновой помехи обнаружению электрического поля морских объектов в мелководных районах

Fig. 2. Estimates of probable spectral interference domain for electric detection of marine objects in shallow-water areas

1

где Qxy = Px(xo - x) + Py(yo - y);

R2i„ = (x - xo)2 + (y -yo)2 + (z + к - 2nH)2;

1n

R\n = (x - xo)2 + (y - yo)2 + (z - к - 2nH)2;

э2 _ ,„

Я23„ = (х - Хо)2 + (у - Уо)2 + (? - к + 2пН) Я24п = (Х - Хо)2 + (у - Уо)2 + (г + к + 2пН)2; kwg = (а» - ^/(о, + Cg).

Проходные кривые X0, У0, (?) сигнала ЭП, создаваемого вблизи грунта объектом, движущимся на глубине к вдоль оси х со скоростью уо, несложно получать, заменяя х на х - уо/, считая у равным траверзному расстоянию прохода и численно дифференцируя (7) по координатам вблизи г = Н.

Оценки вероятности обнаружения осуществлялись путем статистического определения вероятности превышения величиной отношения правдоподобия (ОП) Л определенного порога ПЛ:

л = S г exp

-Ц, /2 + S к

( хп+x0 )+"

+qlk (¥П + Yk0 ) +

Z + Z0 )

> Пл, (8)

где Ц = S J,k (QïjXjpX? + Qi^Y? + Q^zf z? );

U = S Qikx f;

Zk =S Q.z,kZ f;

Генерация выборок помехи осуществлялась путем построения авторегрессионных соотношений с нормально распределенным случайным слагаемым. Для получения необходимого спектра коэффициенты авторегрессии рассчитывались с использованием системы уравнений Юла - Уокера с учетом значений предполагаемой автокорреляционной функции помехи. Для оценок величин порогов П со средним временем между превышениями на фоне тлт генерировались модельные выборки ОП при регистрации фоновой помехи и строились зависимости частот превышения различных порогов рк от их величин кЛ:

Рк (кл) = '

o при кл < кЛ

Ул exp[-Ул (кл - <)] при кл > кЛ

(9)

Оценки величины порога и ее дисперсии рассчитывались следующим образом:

ПА =-|

в2 [ln(МкГш/ tn ) + в 1 ] ; (8Пл)2 = в-2 |Ч + пло22 ],

(io)

где в = (XT О-1 X)-1(XT О-1 Y), Nh - общее число выбросов, TN - длительность выборки,

3 3 3

где О, 0У, О - обратные матрицы автокорреляции сигналов помехи по осям; X", У", 2п - выборки фоновой помехи.

Индекс I нумерует возможные проходные кривые ЭП объекта X-1-1, У®, ^ в заданном интервале параметров ЭДМ объекта и его прохода, индексы 3, к нумеруют точки проходных кривых и выборок помехи.

о|, = ( хт О-1 X )-1 о2,

о,,,=1п2[ц/п~+1)/Цп: -1)]/4,

о2 = [(Y - Xв)т О-1 (Y - Xв)] / К - 3) X,, = П

3 = !,

3 2 = ПЛ , у = 1п(п3 Щ, п - числа выбросов, попавших в интервалы Дк , тк - число интервалов.

На рис. 3 и 4 показаны результаты оценок дистанций обнаружения ЭП объектов с ЭДМ в диапа-

Дистанция обнаружения, м

Рис. 3. Оценки возможных дистанций обнаружения электрического поля морских объектов с ЭДМ 0,0035-0,1 А-м при проводимости морской воды 0,3-1 См/м

Fig. 3. Estimates of possible electric detection distances for marine objects with EDM = 0.0035-0.1 А-m: sea water conductance 0.3-1 S/m

Электропроводимость воды 0,3 См/м _ Электропроводимость воды 1 См/м

10 100 СКО помехи ЭП мкВ/м

Дистанция обнаружения. 50

30

10

Электропроводимость воды 2 См/м Электропроводимость воды 4 См/м

3,0

1,0

Рис. 4. Оценки возможных дистанций обнаружения электрического поля морских объектов с ЭДМ 0,0035-0,1 А-м при проводимости морской воды 2-4 См/м

Fig. 4. Estimates of possible electric detection distances for marine objects with EDM = 0.0035-0.1 А-m: sea water conductance 2-4 S/m

10 30

CKO помехи ЭП Ex, мкВ/м

зоне (3,5 10-3-10-1) А м в зависимости от СКО фоновой помехи при среднем времени между ложными срабатываниями электрического канала НВ Тлт = 104 с.

Кривые рис. 3 предполагают условия, характерные для Балтийского моря (cw = 0,3-1 См/м, овар > 0,45 нТл). Оценки показывают, что в диапазоне достаточно вероятных фоновых условий дистанция обнаружения ЭП объектов МРТК может изменяться в 6-10 раз. Например, для объекта с ЭДМ, равным 0,1 А-м, дистанции могут составить 4-6 м в акватории порта, и 40-60 м в штилевых условиях без техногенной помехи и со спокойным геомагнитным фоном. Максимальные дистанции реализуются в распресненной воде, т.к. в ней увеличивается ЭП объекта, помеха изменяется в меньшей степени.

Кривые рис. 4 соответствуют условиям Черного моря (cw = 2 См/м, свар > 0,3 нТл) и Баренцева моря (cw = 4 См/м, свар > 0,7 нТл). С увеличением электропроводимости воды диапазон изменений дистанции обнаружения несколько снижается и составляет 5-8 раз для Черного моря и 4-5 раз для Баренцева (а также для дальневосточных морей).

Заключение

Conclusion

Полученные оценки свидетельствуют о существенном влиянии на электрическую скрытность объектов морской робототехники фоновых условий - электропроводимости воды и грунта, а также интенсивности динамических процессов в акватории.

Возможный диапазон изменчивости фоновых условий и связанной с ними электрической скрыт-

ности морской робототехники необходимо учитывать при анализе эффективности вариантов создания МРТК, обосновании тактико-технических требований и норм для параметров заметности объектов, разработке методов и средств снижения электрической заметности объектов и ее контроля, типовых моделей и тактических приемов применения робототехники для решения свойственных (в т.ч. противоминных) задач, отработке режимов работы и тактики функционирования системы управления их действиями.

Вследствие изменчивости параметров фоновых электрических помех заблаговременное прогнозирование дистанций обнаружения объектов электрическим каналом НВ донной мины может оказаться недостаточно точным. В связи с этим представляется целесообразным измерение параметров фоновых условий, в т.ч. параметров фоновых электрических помех акватории, непосредственно в ходе применения роботизированных объектов. Использование этой информации позволит получать текущие оценки электрической скрытности объектов и осуществлять управление их действиями с учетом необходимости обеспечения боевой устойчивости.

Список использованной литературы

1. Николаев А.Б. Морская военная робототехника: Современное состояние и перспективы // Робототехника и техническая кибернетика. 2017. № 1(14). С. 9-21.

2. Малышев О.В., Хорошев В.Г., Эйдук В.И. О скрытности применения морских робототехнических комплексов // Труды Крыловского гос. науч. центра. 2018. Вып. 4(386). С. 191-202. Б01: 10.24937/25422324-2018-4-386-191-202.

3. Современные научно-технические задачи развития отечественных морских робототехнических комплексов / Ю.И. Александров, О.В. Малышев, Л.Н. Попов, В.Г. Хорошев // Труды Крыловского гос. науч. центра. 2019. № 4(390). С. 245-252. DOI: 10.24937/2542-2324-2019-4-390-245-252.

4. Underwater Electric field sensors UEP/ELFE [Электронный ресурс] : Specifications // Polyamp AB : [site]. Sollen-tuna, 2019. 4 p. URL: https://systems.polyamp.com/file-archive/documentations/11 -uep-elfe-sensor-and-amplifiers/file.html (дата обращения: 29.11.2021).

5. MINEA : Multi-influence Naval Mine: Cylindrical Bottom Live Version [Электронный ресурс] // SAES : [site]. Cartagena, 2018. 2 p. URL: https://electronica-submarina.es/wp-content/uploads/2018/08/SAES_ MINEA_CombatMultiinfluenceNavalMine_english.pdf (дата обращения: 29.11.2021).

6. Деменицкая Р.М., Иванов С.С., Литвинов Э.М. Естественные физические поля океана. Ленинград : Недра, 1981. 272 с.

7. Доронин Ю.П., Степанюк И.А. Электромагнитное поле океана. Санкт-Петербург : Рос. гос. Гидро-метеорол. ин-т, 1992. 87 с.

8. Шулейкин В.В. Физика моря. 4-е изд., перераб. и доп. Москва : Наука, 1968. 1072 с.

9. Монин А.С., ОзмидовР.В. Океанская турбулентность. Ленинград : Гидрометеоиздат, 1981. 320 с.

10. Эйдук В.И., Зибаев Д.В. Об управлении гидродинамической скрытностью подводных объектов // Управление в морских системах (УМС-2018): материалы конференции. Санкт-Петербург : Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2018. C. 163-166.

11. Теоретические основы и методы расчета ветрового волнения / [А.Т. Гургенидзе и др.]. Ленинград : Гидрометеоиздат, 1988. 262, [1] с.

12. Доманицкий Е.А., Струнский М.Г. Измерения естественного электрического поля в море // Океанология. 1964. Т. 4. № 2. С. 325-338.

13. Analysis of underwater acoustic and electric noise in the port of Gothenburg / S. Petrovic, E. Dalberg, R.K. Lennartsson, L. Persson // 0ceans-2008: [conference proceedings]. Piscataway: IEEE, 2008. P. 855859. D0I:10.1109/0CEANS.2008.5151929.

14. Ивлиев Е.А. Физические поля морских объектов. Электромагнитное и гидродинамическое поля. Санкт-Петербург : СПбГМТУ, 2011. 481 c.

References

1. A. Nikolaev. Naval robotics: State of the art and prospects // Robototekhnika i tekhnicheskaia kibernetika (Robotics and technical cybernetics). 2017, № 1(14), pp. 9-21 (in Russian).

2. O. Malyshev, V. Khoroshev, V. Eiduk. Ensuring stealth of marine robots // Transactions of Krylov State Research Centre, 2018, Issue 4(386), pp. 191202, DOI: 10.24937/2542-2324-2018-4-386-191-202 (in Russian).

3. Yu. Aleksandrov, O. Malyshev, L. Popov, V. Khoroshev. Current scientific and technical challenges in Russian marine robotics // Transactions of Krylov State Research Centre. 2019, № 4(390), pp. 245-252, DOI: 10.24937/2542-2324-2019-4-390245-252 (in Russian).

4. Underwater Electric field sensors UEP/ELFE [Электронный ресурс] : Specifications // Polyamp AB : [site]. Sollentuna, 2019. 4 p. URL: https://systems.polyamp.com/ file-archive/documentations/11 -uep-elfe-sensor-and-amplifiers/file.html (дата обращения: 29.11.2021).

5. MINEA : Multi-influence Naval Mine: Cylindrical Bottom Live Version [Электронный ресурс] // SAES : [site]. Cartagena, 2018. 2 p. URL: https://electronica-submarina.es/wp-content/uploads/2018/08/SAES_ MINEA_CombatMultiinfluenceNavalMine_english.pdf (дата обращения: 29.11.2021).

6. R. Demenitskaia, S. Ivanov, E. Litvinov. Natural physical signature. Leningrad : Nedra, 1981, pp. 272 (in Russian).

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

7. Yu. Doronin, I. Stepaniuk. Electromagnetic field of the Ocean. St. Petersburg : Russian State Hydro-meteorological Institute, 1992, pp. 87 (in Russian).

8. V. Shuleikin. Marine phisycs. 4th ed., rev. and enl. Moscow : Nauka, 1968, pp. 1072 (in Russian).

9. A. Monin, R. Ozmidov. Ocean turbulence. Leningrad : Gidrometeoizdat. 1981, 320 pp. (in Russian).

10. V. Eiduk, D. Zibaev. Hydrodynamic stealth management of marine objects // Marine system management 2018: conference proceedings. St. Petersburg, Concern "CSRI Elektropribor", 2018, pp. 163-166 (in Russian).

11. A. Gurgenidze et al. Theoretical foundations and calculation methods for wind-induced waves. Leningrad : Gidrometeoizdat, 1988, pp. 262 [1] (in Russian).

12. E. Domanitskii, M. Strunskii. Measurements of background electric signature at sea // Okeanologiia. 1964, Vol. 4, No 2, pp. 325-338 (in Russian).

13. Analysis of underwater acoustic and electric noise in the port of Gothenburg / S. Petrovic, E. Dalberg, R.K. Lennartsson, L. Persson // Oceans-2008: [conference proceedings]. Piscataway: IEEE, 2008. pp. 855-859. DOI:10.1109/OCEANS.2008.5151929.

14. Ye. Ivliev. Stealth of marine objects: radar and wake signatures. St. Petersburg State Maritime University, 2011, pp. 481 (in Russian).

Сведения об авторах

Малышев Олег Викторович, к.т.н., доцент, главный ученый секретарь ФГУП «Крыловский государственный научный центр». Адрес: 196158, Россия, Санкт-Петербург, Московское шоссе, д. 44. Тел.: +7 (812) 415-49-90. E-mail: o_malyshev@ksrc.ru.

Эйдук Вячеслав Игоревич, к.т.н., доцент, профессор кафедры ФГОУ Военный институт (Военно-морской политехнический) ФГКВОУ ВПО «Военный учебно-научный центр Военно-морского флота «Военно-морская академия имени Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова». Адрес: 196602, Россия, Санкт-Петербург, Пушкин, Кадетский бул., д. 1. Тел.: +7 (812) 465-27-00. E-mail: vunc-vmf-vmii@mil.ru.

Хорошев Виталий Геннадьевич, д.т.н., с.н.с., заместитель генерального директора по кораблестроению и судостроению, ядерно-радиационной безопасности ФГУП «Крыловский государственный научный центр». Адрес: 196158, Россия, Санкт-Петербург, Московское шоссе, д. 44. Тел.: +7 (812) 386-67-69. E-mail: v_horoshev@ksrc.ru.

Яковлев Андрей Викторович, преподаватель кафедры ФГОУ Военный институт (Военно-морской политехнический) ФГКВОУ ВПО «Военный учебно-научный центр Военно-морского флота «Военно-морская академия име-

ни Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова». Адрес: 196602, Россия, Санкт-Петербург, Пушкин, Кадетский бул., д. 1. Тел.: +7 (812) 465-27-00. E-mail: vunc-vmf-vmii@mil.ru.

About the authors

Oleg V. Malyshev, Cand. Sci. (Eng.), Ass. Prof., Chief Scientific Secretary, Krylov State Research Centre. Address: 44, Moskovskoye sh., St. Petersburg, Russia, post code 196158. Tel.: +7 (812) 415-49-90. E-mail: o_malyshev@ksrc.ru. Vyacheslav I. Eiduk, Cand. Sci. (Eng.), Ass. Prof., Lead Researcher, Naval Polytechnical Institute of N.G. Kuz-netsov Naval Academy. Address: 1, Kadetsky Bulvar, Pushkin, St. Petersburg, Russia, post code 196602. Tel.: +7 (812) 465-27-00. E-mail: vunc-vmf-vmii@mil.ru. Vitaly G. Khoroshev, Dr. Sci. (Eng.), Senior Researcher, Deputy Director General for Naval and Commercial Shipbuilding and Nuclear and Radiation Safety, Krylov State Research Centre. Address: 44, Moskovskoye sh., St. Petersburg, Russia, post code 196158. Tel.: +7 (812) 386-67-69. E-mail: v_horoshev@ksrc.ru.

Andrey V. Yakovlev, Lecturer, Naval Polytechnical Institute of N.G. Kuznetsov Naval Academy. Address: 1, Kadetsky Bulvar, Pushkin, St. Petersburg, Russia, post code 196602. Tel.: +7 (812) 465-27-00. E-mail: vunc-vmf-vmii@mil.ru.

Поступила / Received: 11.09.21 Принята в печать / Accepted: 09.03.22 © Коллектив авторов, 2022

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.