CC BY
135Перспективные системы радиорелейной связи военного (двойного) назначения на основе применения лазерных телекоммуникационных технологий
Капитан 1 ранга запаса Д.А. АНТРОПОВ, кандидат технических наук
АННОТАЦИЯ ABSTRACT
Рассмотрены перспективные технические возможности атмосферных оптических линий и сетей связи. Предложены направления применения лазерной связи в существующих системах связи группировок войск (сил), разработан проект перспективной трехмерной лазерной системы связи во всех сферах ведения вооруженной борьбы на основе последних достижений лазерных технологий в условиях сложной электромагнитной обстановки.
Радиоэлектронные средства, электромагнитная совместимость, атмосферные оптические линии и сети связи, лазерные технологии и терминалы.
The paper examines advanced technological possibilities of atmospheric optic lines and networks of communication. It suggests ways of using laser communications in the existing communication systems of troop/force groupings, devises a project of the advanced three-dimensional laser system of communication in all spheres of combat based on the cutting-edge achievements of laser technologies in conditions of a complex electromagnetic situation.
KEYWORDS
Electronic facilities, electromagnetic compatibility, atmospheric optic lines and networks of communication, laser technologies and terminals.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
ОСНАЩЕНИЕ группировок войск (сил) Вооруженных Сил Российской Федерации современными системами вооружений, высокоточным оружием, комплексами радиоэлектронной борьбы (РЭБ), эффективными средствами радио- и радиотехнической разведки оказывает непосредственное влияние на основные направления развития и совершенствования систем, комплексов и средств автоматизации управления и связи.
Высокая динамика современных военных действий войск (сил) определяет повышение требований к устойчивости, непрерывности, оперативности и скрытности их систем управления и связи различного назначения.
В результате прогнозируемого массового поражения высокоточным оружием, стационарных пунктов управления и узлов связи, линейно-кабельных и волоконно-оптических линий связи возрастает
роль систем радио-, радиорелейной, тропосферной и спутниковой связи подвижных пунктов, узлов связи, пунктов ретрансляции различных воинских формирований. В этих условиях серьезной проблемой становится обеспечение электромагнитной совместимости (ЭМС) большого количества применяемых комплексов и средств военной связи радиодиапазона и выполнение высоких требований к разведзащищенности и помехоустойчивости линий (направлений) связи в районах ведения операций (боевых действий) со сложной электромагнитной обстановкой (ЭМО). Кроме этого, необходимо учитывать воздействие непреднамеренных радиопомех от многочисленных радиоэлектронных средств (РЭС) гражданского и двойного назначений (ГДН), а также от радиоэлектронных систем противника в совместных районах боевых действий войск (сил).
Перспективным направлением, позволяющим эффективно решать проблемные вопросы, является применение оптических технологий1. В настоящее время оптическая связь — это род электросвязи, передача и прием сигналов любого вида электросвязи в оптическом диапазоне электромагнитных волн. Наиболее широко используемой для связи частью оптического диапазона, простирающегося от рентгеновского до субмиллиметрового (длины волн X от 0,1 до 100 мкм), является область от 0,4 до 10,6 мкм, включающая видимый
Оснащение группировок войск (сил) ВС РФ современными системами вооружений, высокоточным оружием,
комплексами радиоэлектронной борьбы, эффективными средствами радио- и радиотехнической разведки оказывает непосредственное влияние на основные направления развития и совершенствования систем, комплексов и средств автоматизации управления и связи.
(X = 0,4...0,75 мкм), ближний инфракрасный (ИК) (X = 0,75.2 мкм) и средний ИК (X = 2.20 мкм) диапазоны.
Средой распространения оптических сигналов могут быть свободное пространство (космос), атмосфера, вода — для открытых оптических систем передачи (ООСП) или оптические волноводы, в качестве которых чаще всего применяются оптические волокна, являющиеся составной частью оптического кабеля — для волоконно-оптических систем передачи (ВОСП).
В настоящее время технологии и средства ВОСП достаточно проработаны и в данной статье не рассматриваются. Вместе с тем перспективные открытые оптические (лазерные) технологии требуют своего дальнейшего развития и всестороннего применения на практике.
Основными преимуществами лазерных технологий связи перед линиями (направлениями) связи, образованными средствами радио-, радиорелейной, тропосферной и спутниковой связи (далее — средства связи радиодиапазона) являются2:
• использование нелицензируемо-го диапазона длин волн;
• высокая пропускная способность (десятки Гбит/с);
• полная электромагнитная совместимость;
• конфиденциальность передачи информации;
• низкие (в несколько раз) затраты на установку и эксплуатацию.
Открытые оптические системы передачи нечувствительны к воздействию электромагнитного импульса. Вследствие очень узких диаграмм направленности антенн и отсутствия боковых лепестков средствам радиоразведки и РЭБ противника весьма затруднительно осуществлять съем и ввод ложной информации. Вместе с тем следует учитывать и недостатки ООСП:
• временная зависимость от состояния атмосферы, водной поверхности;
• определенная чувствительность к поглощению излучения газами и парами атмосферы;
• частичное поглощение и рассеивание аэрозолями и осадками;
• молекулярное рассеяние в условиях сильных снегопадов и туманов.
Анализ проводимых в нашей стране работ по созданию средств лазерной связи позволяет выделить следующие основные направления в данной области: создание эффективных передающих и приемных модулей; исследование воздействия окружающей среды на характеристики оптического излучения; разработка направлений применения средств связи оптического диапазона для повышения качества услуг связи3.
В настоящее время лазерные технологии все активнее применяются в гражданском секторе инфраструктуры связи преимущественно коммерческими операторами связи. Вместе с тем в военных (специаль-
ных) системах связи они используются крайне ограниченно. Организуются лишь отдельные направления открытых оптических направлений связи, зачастую в научных целях, между стационарными военными объектами в городах, а сетей открытой оптической связи военного назначения практически нет.
Наиболее слабым звеном в данных вопросах сегодня являются неразвитость и низкая надежность элементной базы, отсутствие возможности обеспечения оптической связи между объектами военного (специального) назначения в движении.
По инициативе автора статьи совместно со специалистами промышленности и военными связистами с 2006 года между 1-м и 3-м Домами Минобороны России в Москве была развернута экспериментальная атмосферная оптическая линия связи (АОЛС) на основе атмосферных оптических лазерных терминалов (АОЛТ) (рис. 1).
Рис. 1. Схема экспериментальных исследований
Протяженность линии составила приблизительно 3,4 км. Скорость передачи информации — не менее 100 Мб/с. Использовались терминалы АОЛТ типа «КС-300», изготовленные ФГУП «НИИ ПП» (Москва), способные передавать поток Е4 (139 Мб/с). Ввод-вывод цифрового потока с терминалов осуществлялись с помощью аппаратуры мультиплексирования российского производства.
В последующие годы продолжалось тестирование образованной атмосферной лазерной линии связи,
Таблица 1 Параметры АОЛС
велась статистика, передавался цифровой трафик, проводились опытные сеансы связи.
Основные тактико-технические возможности АОЛС военного назначения размещены в таблице 1. По итогам опытной эксплуатации сегмента атмосферной оптической линии связи ее коэффициент исправного действия составил в среднем величину, равную 0,88 при контрольных временах работы до 6 месяцев. Данные размещены в таблице 2.
Таблица 2 Данные эксперимента
Сегмент АОЛС комбинированной сети
№ п/п Основные ТТХ АОЛС
1 Диапазоны волн, мкм Части спектра: 1.1. Ультрафиолетовые 1.2. Видимые 1.3. Инфракрасные 0,3...10
2 Скорость передачи информации, Мбит/с 100...622
3 Коэффициент ошибок 104
4 Длина интервала АОЛС, км 0,01.5
№ п/п Основные показатели
1 Тип КА АОЛС Лазер КС-300с интерфейсами: Ethernet 10/100 Base-TX, 100 Base-FX
2 Длина волны, мкм 0,8
3 Длина интервала АОЛС, км 3,4
4 Скорость передачи информации, Мбит/с 100
5 Коэффициент ошибок 10-7...10-9
6 Время эксплуатации, месяцы, (круглосуточно) 6
7 КИД сегмента 0,80.0,95
Анализ проводимых в нашей стране работ по созданию средств лазерной связи позволяет выделить следующие основные направления в данной области: создание эффективных передающих и приемных модулей; исследование воздействия окружающей среды на характеристики оптического излучения; разработка направлений применения средств связи оптического диапазона для повышения качества услуг связи.
Анализ оперативно-стратегических факторов, определяющих условия функционирования систем связи и автоматизации управления, позволяет подготовить основные перспективные направления внедрения лазерных технологий в направлениях и сетях военной связи4.
Основные направления применения лазерных технологий связи в ближайшей перспективе (до 2025 года).
Перврое. Организация прямых атмосферных оптических направлений и сетей связи подвижных узлов управления и связи на коротких остановках (в ходе совершения марша с дополнительными ограничениями по скорости движения).
КВПУ1
Использование особенностей АОЛС позволяет обеспечивать управление колонной ППУ на марше и в ходе коротких остановок в режиме «радиомолчания», с высокой помехоустойчивостью.
Второе. Организация прямых атмосферных оптических линий и сетей связи при несении дежурства на полевых позициях.
Развертывание в полевых районах ППУ формирований войск (сил) с приданными УС, специальными группами (СГр 1.. .АО с помощью терминалов лазерной связи могут быть образованы локально-информационные сети (ЛИС) с топологией «звезда» (рис. 3).
Также в полевых районах ППУ формирований войск (сил) с придан-
На рисунке 2 представлен типовой подвижный пункт управления (ППУ) войскового формирования с узлом связи (УС) или узлом ретрансляции (УТ) приказов (сигналов) на марше, включающий машины (агрегаты) управления (МУ 1...А), связи (МС 1...К), охраны и обеспечения боевых действий (МО 1...К). На ППУ организованы линии связи радиодиапазона (ЛСРД) с подчиненными, вышестоящими и узлами связи взаимодействующих пунктов управления (УС ВПУ 1.2), а также межагрегатной (межмашинной) связи по колонне. Кроме того, развернут целый ряд относительно коротких (до нескольких десятков метров) межагрегатных АОЛС.
усвтог
мо-м
м оо
ными УС и группами с помощью терминалов лазерной связи могут быть образованы ЛИС с топологией «кольцо» (рис. 4).
В целях обеспечения межсетевого взаимодействия ЛИС совместно расположенных УС ППУ группировок войск (сил), а также в условиях сложного рельефа местности и других помех возможно развертывание АОЛС, размещенных на антенно-мачтовых устройствах (рис. 5).
Третье. Организация комбинированных (оптических и радиоканалов) линий и сетей связи.
В мирное и военное время в районах боевых действий будет формироваться сложная электромагнитная обстановка, обусловленная излучени-
Рис. 3. Межагрегатная ЛИС на основе АОЛС с топологией «звезда»
Рис. 4. Межагрегатная ЛИС на основе АОЛС с топологией «кольцо»
Рис. 5. Межсетевая АОЛС с использованием антенно-мачтовых устройств
ями многочисленных РЭС различных назначений. Возможно формирование так называемых «закрытых» зон, где не будут выполняться требования по защитным отношениям сигнал/помеха.
В подобных условиях эффективным будет применение комбинированных линий связи радиодиапазона и атмосферных лазерных линий связи, при этом в закрытых зонах будут применяться лазеры.
На рисунке 6 показан вариант организации радиорелейно-оп-тической сети связи воинского формирования (на примере общевойсковой бригады) с формированием радиорелейных направлений (РРН 1...Л0 на основе радиорелейных станций (РРСт 1...М) и атмосферных оптических цифровых средств связи — лазерных терминалов (ЛТ 1...М).
Рис. 6. Комбинированная сеть связи бригады (вариант)
В настоящее время лазерные
технологии все активнее применяются в гражданском секторе инфраструктуры связи преимущественно коммерческими операторами связи. Вместе с тем в военных (специальных) системах связи они используются
крайне ограниченно. Наиболее слабым звеном в данных вопросах сегодня являются неразвитость и низкая надежность элементной базы, отсутствие возможности обеспечения оптической связи между объектами военного (специального) назначения в движении.
Применение лазерных технологий связи в среднесрочной перспективе (до 2030—2035 годов).
Предлагается разработка трехмерной лазерной системы связи во всех сферах ведения вооруженной борьбы (суша—море—воздух—космос) в тактическом, оперативном и стратегическом звеньях управления на основе последних достижений технологий оптического диапазона электромагнитных волн.
Новые перспективные лазерные трехмерные системы связи будут оптимально дополнять уже развернутые системы связи, использовать общие организационно-технические подходы к построению, информационно-сетевые протоколы и оперативно-техническую документацию (рис. 7).
Рис. 7. Трехмерная лазерная система связи
Такие системы позволят существенно увеличить пропускную способность, скорости обработки массивов информации, повысить основные вероятностно-временные характеристики систем управления и связи в мирное время, угрожаемый период и в ходе ведения боевых действий.
Предполагается задействование всех сфер вооруженной борьбы (суша—море—воздух—космос), увязывание открытых оптических каналов систем управления и связи по всей вертикали управления.
В мирное и военное время в районах боевых действий будет формироваться
сложная электромагнитная обстановка, обусловленная излучениями многочисленных РЭС различных назначений. Возможно формирование так называемых «закрытых» зон, где не будут выполняться требования по защитным отношениям сигнал/помеха. В подобных условиях эффективным будет применение комбинированных
линий связи радиодиапазона и атмосферных лазерных линий связи, при этом в закрытых зонах будут применяться лазеры.
Лазерные терминалы и информационно-сетевые средства управления ими будут развернуты на стационарных и подвижных пунктах управления видов и родов войск, летательных аппаратах, надводных и подводных кораблях, космических аппаратах вплоть до установки малогабаритных терминалов открытой атмосферной оптической связи у командиров отделений и отдельных военнослужащих (снайперов, наводчиков, саперов и др.).
При этом будут реализовываться сетецентричные подходы к построению трехмерной системы лазерной связи для повышения ее устойчивости и живучести в ходе ведения боевых действий.
Перспективная автоматизированная система связи, являющаяся составной частью проекта трехмерных систем связи, будет способна оперативно анализировать состояние ЭМО в районах действий войск (сил) и в условиях сложной помеховой обстановки использовать основные каналы открытой оптической связи вместо каналов связи радиодиапазона. При этом могут быть реализованы перспективные методы нейро-сетевых алгоритмов и технологий. Автоматизированная система связи в условиях дефицита времени на принятие решения будет способна самонастраиваться, обучаться, предлагать оптимальные варианты управления каналами связи. В таких системах возможно применение перспективных технологий квантовой криптографии для обеспечения требований по безопасности связи.
Новые направления и способы применения лазерных терминалов связи в войсках.
Первое. Широкое использование лазерных терминалов связи на основе платформ различных летно-подъемных средств (ЛПС).
Лазерными терминалами будут оснащаться космические аппараты ор-
Новые перспективные лазерные трехмерные системы связи будут оптимально дополнять уже развернутые системы связи, использовать общие организационно-технические подходы к построению, информационно-сетевые протоколы и оперативно-техническую документацию. Такие системы позволят существенно увеличить пропускную способность, скорости обработки массивов информации, повысить основные вероятностно-временные характеристики систем управления и связи в мирное время, угрожаемый период и в ходе ведения боевых действий.
бит, самолеты. Предлагается применение ЛПС на основе групп привязных воздушных шаров, малогабаритных аэростатов и беспилотных летательных аппаратов (БЛА) в качестве носителей лазерных терминалов (рис. 8).
В предложенной лазерной системе связи в интересах группировки пунктов управления (ПУ 1...А0 используются воздушные запасные пункты управления (ВЗПУ), космические аппараты (КА) связи, малогабаритные лазерные терминалы связи для обеспечения деятельности различных групп специального назначения (ГСН).
Привязные воздушные шары уже находят применение в войсках. Они достаточно просты в эксплуатации, стоимость их производства невысока. Одним из перспективных применений привязных воздушных шаров является их скрытное (в собранном) виде (ЛПС(н)) размещение заранее на местности и дистанционное (по радиоканалам) управление разворачиванием на заданные высоты.
Рис. 8. Лазерная система связи на основе ЛПС
Второе. Формирование в зонах ведения боевых действий искусственных зон преломления оптических сигналов (пассивных ретрансляторов).
Предлагается разработка перспективных технологий формирования в атмосфере в течение требуемого времени неоднородных искусственных зон ограниченного размера (десятки—сотни кв. метров), обеспечивающих различные углы преломления лучей света в условиях уничтожения в ходе боевых действий или технической неисправности части оптических ретрансляторов, а также сложных условий рельефа местности.
На практике это могут быть специальные заряды, содержащие элементы преломления, смеси и т. п., выбрасываемые с БЛА, вертолетов, запускаемые с земли отдельными военнослужащими.
Третье. Применение лазерных технологий и терминалов связи в робототехнике.
Перспективными направлениями применения лазерных терминалов
в робототехнике могут рассматриваться каналы управления и связи в условиях ведения противником радиоэлектронной войны, применения оружия массового поражения и в других чрезвычайных ситуациях, а также использование лазерных технологий при разработке подводных робототехнических устройств.
Четвертое. Применение лазерных технологий и терминалов связи в индивидуальных информационных системах военнослужащих.
Планируется обеспечение каналами атмосферной оптической связи подразделений вплоть до отдельного военнослужащего. Целесообразно доработать принятый в 2007 году на вооружение комплекс разведки, управления и связи (КРУС) «Стрелец» («Стрелец-М») в составе индивидуальной экипировки военнослужащего «Ратник». КРУС «Стрелец» («Стрелец-М») выпускается серийно отечественными предприятиями «Авионика» и др. Важным здесь является обеспечение скрытой связи всем военнослужащим, особенно для
снайперов, передовых авиационных и артиллерийских наводчиков, бойцов спецназа.
Таким образом, применение лазерных технологий связи позволит существенно повысить пропускную способность, разведзащищенность, скрытность и помехоустойчивость. Будут обеспечиваться высокие показатели вероятностно-временных характеристик систем управления и связи различного назначения в условиях сложной электромагнитной обстановки районов дислокации и ведения боевых действий, прежде всего коэффициента готовности (Кг) и времени безотказной работы (Тбр).
Значение широкого внедрения технологий лазерной связи в военных системах связи по показателям помехоустойчивости, разведзащи-щенности, скрытности и пропускной способности существенно повышается, особенно в период проведения операций (боевых действий).
Кроме того, внедрение открытых оптических технологий позволит существенно снизить загрузку радиочастотного спектра, выделенного для силовых министерств и ведомств, эффективно решать проблемные вопросы электромагнитной совместимости военных и гражданских систем связи.
Перспективная автоматизированная система связи, являющаяся составной частью проекта трехмерных систем связи, будет способна оперативно анализировать состояние ЭМО в районах действий войск (сил) и в условиях сложной помеховой обстановки использовать основные каналы открытой оптической связи вместо каналов связи радиодиапазона.
При этом могут быть реализованы перспективные методы нейросетевых алгоритмов и технологий.
Наиболее широко преимущества технологий лазерной связи уже сейчас могут быть использованы в крупных населенных пунктах со сложной ЭМО для организации высокоскоростных (сотни Мбит/с) открытых оптических линий связи протяженностью до 2—5 км.
Вместе с тем очевидна необходимость дальнейших исследований проблемных вопросов развития и совершенствования открытых оптических технологий, повышения тактико-технических характеристик лазерных терминалов, разработки современных терминалов связи на перспективной элементной базе в целях повышения эффективности управления войсками и оружием.
ПРИМЕЧАНИЯ
1 Яременко Ю.И. Применение открытых оптических систем передачи в сетях связи // Радиоэлектроника и телекоммуникации. 2005. № 1 (37).
2 Дмитриев С.В., Троицкий А.И. Особенности применения открытых оптических линий связи военного назначения. Сборник научных материалов. Часть 1. Издательство ВА войсковой ПВО ВС РФ, 2006.
3 Антропов Д.А. и др. Поиск решений проблемных вопросов повышения пропускной способности, разведзащищенно-
сти и электромагнитной совместимости военных систем связи на основе применения атмосферных оптических технологий // Научно-технический сборник. Мытищи: 16 ЦНИИИ МО РФ, 2006. № 1.
4 Антропов Д.А. К вопросу обеспечения условий электромагнитной совместимости военных систем радио- и радиорелейной связи на основе применения атмосферных оптических лазерных технологий. Сборник материалов XXXVIII военно-научной конференции, часть 1, Новочеркасск: Изд-во филиала Военной академии связи, 2011.
