CC BY
127Перспективы развития и применения бортовых комплексов вертолетов армейской авиации
Майор В.В. ШИПКО, кандидат технических наук
Полковник Е.А. САМОЙЛИН, доктор технических наук
А.Б. БЕЛЬСКИЙ, доктор технических наук
АННОТАЦИЯ
ABSTRACT
Рассмотрены место и роль интегрированного бортового комплекса вертолета армейской авиации в информационном обеспечении выполнения боевых задач. Показаны преимущества гиперспектрометров по сравнению с традиционными многоканальными оптико-электронными системами при решении задач информационного обеспечения. Сформулированы перспективные направления интеграции гиперспектральной аппаратуры в состав бортового комплекса, обеспечивающие повышение эффективности боевого применения вертолетов армейской авиации.
The paper examines the role and place of the integrated onboard set of the army aviation helicopter in the information support of combat assignment fulfillment. It shows the advantages of hyper-spectrometers over traditional multichannel optoelectronic systems in solving the problems of information support. It formulates promising trends in integrating hyperspectral equipment in the onboard system, which ensures higher effectiveness of army aviation helicopters employment in combat.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
KEYWORDS
Интегрированный бортовой комплекс, гиперспектральная аппаратура, вертолет, армейская авиация.
Integrated onboard system, hyperspectral equipment, helicopter, army aviation.
В НАСТОЯЩЕЕ время наличие в составе ВВС РФ боеспособной армейской авиации (АА) является необходимым условием успешного выполнения основных задач авиационной поддержки войск (сил) и всестороннего обеспечения их в военных конфликтах.
Подразделения АА включают в свой состав вертолеты различных классов и модификаций, основными из которых являются: Ми-35М, Ми-28Н/НМ/УБ, Ми-8Т/МТ/МТВ/
АМТ/АМТШ/МТП, Ми-26Т/Т2В, Ми-24Д/В/ВП/П/НП, Ка-52, Ка-50, Ка-226. Такой парк вертолетов позволяет вести поддержку сухопутных группировок войск (сил), сил флота (на при-
морских направлениях) посредством уничтожения наземных (надводных), главным образом малоразмерных, в том числе бронированных и подвижных объектов противника на переднем крае и в тактической глубине, а также осуществлять всестороннее обеспечение действий войск (сил) в ходе операций, при выполнении
специальных задач и миротворческих функций. К тому же ведутся научно-технические разработки многоцелевого вертолета нового поколения и обоснование его комплекса бортового оборудования (КБО), позволяющего с высокой эффективностью выполнять весь комплекс задач армейской авиации в операциях (рис. 1).
Огиеныг шдачи
• авиационная (01 невая) поддержка войск, сил флота;
• поражение подвижных бронированных объектов, артиллерии
на огневых позициях, противотанковых средств, войсковых средств ПВО и жипой силы противника;
• уничтожение малоскоростных низколетящих воздушных целей;
■ поражение воздушных (морских) десантов, рз зве дывател ь и о -диверсионных групп и печакоппмх вооружапплх формирований;
■ обеспечение высадки десанта, групп специального назначения и авиационная поддержка их в ходе боевых действий;
■ сопровождение колонн войск на марше и авиационная поддержка их выдвижения и развертывания на рубежах атаки;
. • прикрытие транспортно-десантных вертолетов
Рншсдынательные шдачп ^
■ воздушная разведка поиск и объектов противника;
* обеспечение боевых самолетных (вертолетных) комплексов и артиллерийских систем разведывательными длимыми, целеуказанием и лазерным подсветом целей для применения высокоточных боеприпасов;
* воздушная РХЕ-развсдка местности и воздушной среды:
* инженерная разведка местности;
* воздушная разведка погоды >
Г
I [|и;к ||< [| 11К! ||ч ;п1111 р.к шдичн
• ,41x^3 т иро.^ан кс;
- высадка разведывательных и специальных групп:
• перевозка войск, боевой техники ::р"'"1'> и цаггериальных средств:
- доставка войскам н десантам. действующим в тылу противника, вооруженна, боеприпасов, ': :: ■ !\ средств, подразделении усиления, епенгругн;
- звахуапня раненых и больных:
- перевозка на внешней подвеске крупногабаритных грузов
^^ (1>иц|шь|шё :;> |мч 11
' обеспечение управления войсками н связи;
* корректировка огня артиллерии:
* постановка ЛШПНО-ВзрЫБНЫК ЗЯГраЖДеНЦЙ. дымовых (аэрозольных)
* поиск н спасапис жипажей самолетов (вертолетов), терпящих бедствие;
* наведение и педеуказание на ВаземЕШС и воздушные цели: + радиотехническая разведка: ■ ралиотлектрпнна? борьба
Рис. 1. Основные задачи армейской авиации в операциях
Широкий круг выполняемых задач, сложные условия функционирования, а также наращивание боевых возможностей противника предъявляют новые требования к функциональной и технической составляющим бортовых комплексов вертолетов армейской авиации. Вариант концептуальных требований к перспективным боевым вертолетам показан на рисунке 2.
Успешную реализацию таких требований при выполнении задач перспективными боевыми вертолетами может обеспечить современный бортовой комплекс, построенный на базе бортовой вычислительной системы, комплексного использования информации от первичных датчиков автоматизированного (автоматического) управления и контроля. В его состав входят ряд более мелких целе-
вых комплексов и систем: пилотаж-но-навигационный комплекс (ПНК), комплекс авиационного вооружения (КАВ), бортовой комплекс обороны (БКО), комплекс средств связи и др.
Бортовой комплекс состоящих на вооружении боевых вертолетов представляет собой совокупность взаимосвязанных комплексных систем, устройств и вычислительно-программирующих средств, обеспечивающих решение заданной группы задач: боевого применения, навигации и пилотирования несколькими различными способами. Он имеет федеративную структуру построения, в которой все входящие системы и комплексы базируются на собственных вычислительных ресурсах с иерархической структурой, а функциональное взаимодействие между ними осу-
Рис. 2. Концептуальные требования к перспективным боевым вертолетам (вариант)
ществляется на уровне специальных интерфейсов. Недостатками такого бортового комплекса являются: сложность входящих в состав подсистем и их математических моделей, перегруженность информационно-управляющего поля кабины, трудность осуществления глубокого встроенного контроля и резервирования подсистем (осуществляется на уровне подсистем путем функциональной избыточности, а не на уровне первичных измерителей), высокая стоимость, связанная со сложностью разработки функционально полных подсистем.
Дальнейшая модернизация вертолетов предусматривает постепенный переход от федеративной структуры бортовых комплексов к интегрированной. Под интегрированным бортовым комплексом (ИБК) понимают часть человеко-машинной системы, состоящую из первичных измерительных преобразователей (датчиков, сенсоров), распределенной многопроцессорной вычислительной системы, системы отображения инфор-
мации, управляющего поля кабины, исполнительных устройств, которые за счет глубокого комплексирования на всех уровнях и соответствующего унифицированного модульного математического обеспечения решают задачи применения летательного аппарата оптимальным образом с достижением максимально возможной эффективности на каждом этапе и режиме полета1.
Бортовой комплекс стоящих на вооружении вертолетов представляет собой совокупность взаимосвязанных систем, базирующихся на собственных вычислительных ресурсах, а взаимодействие между ними осуществляется на уровне специальных интерфейсов.
Обобщенную типовую структуру ИБК перспективного боевого вертолета можно представить в виде схемы, приведенной на рисунке 3.
Однако успешная реализация выдвигаемых требований к перспективному боевому вертолету с ИБК возможна только при высоком уровне информационного обеспечения.
Как известно, ведущая роль в информационном обеспечении боевого применения вертолетов АА возлагается на средства формирования и визуализации закабинного пространства в различных диапазо-
нах длин волн, с индикацией на информационно-управляющем поле кабины комплексной информации, которая формируется в результате совместной обработки электронной картографической, радиолокационной, телевизионной, тепловизион-ной и навигационной информации2. При этом особое значение имеют оптико-электронные системы (ОЭС), предназначенные для формирования и обработки визуальной информации (изображений), регистрируемых в оптическом диапазоне длин волн3. Оптико-электронные системы явля-
Примечание: КБРЭО — комплекс бортового радиоэлектронного оборудования; СВС — система воздушных сигналов; САУ — система автоматического управления; ИНС — инерциальная навигационная система; СБКВ — система бесплатформенной курсо-вертикали; АРК — автоматический радиокомпас; СНС — спутниковая навигационная система; ДИСС — доплеровский измеритель скорости и угла сноса; РВ — радиовысотомер; МФПУ — многофункциональная панель управления; БЦВМ — бортовая цифровая вычислительная машина; ИЛС — индикатор лобового стекла; НСЦИ — нашлемная система целеуказания и индикации; МФИ — многофункциональный индикатор; РЛС — радиолокационная станция; СУО — система управления оружием; СОК — система объективного контроля; ЛСОЭП — лазерная станция оптико-электронного подавления; САП — станция постановки активных помех; УУ — устройство управления; СПЛО — станция предупреждения о лазерном облучении; СПРА — станция предупреждения о ракетной атаке.
Рис. 3. Обобщенная типовая структура ИБК перспективного боевого вертолета
ются основными источниками видеоинформации для бортовых комплексов, в том числе КАВ, ПНК и БКО.
В составе бортовых комплексов вертолетов армейской авиации в настоящее время применяются следующие типы ОЭС: обзорно-пилотажные; обзорно-поисковые; обзорно-прицельные; ОЭС БКО. Все современные бортовые ОЭС имеют, как правило, сферическую конструкцию, включающую пассивные телевизионный и тепловизионный каналы. Кроме того, бортовая ОЭС может иметь активные оптические каналы, такие как канал лазерного дальнометриро-вания (дальномер или дальномер-це-леуказатель) и канал оптического обнаружения лазерного пятна (при работе с внешним подсветом цели), а также канал лазерной локации.
Основными задачами обзорно-пилотажных ОЭС являются: обзор наземного и воздушного пространства в любое время суток; обнаружение и распознавание объектов; выявление препятствий по курсу полета; измерение наклонной дальности до объектов; обеспечение безопасного пилотирования в простых и сложных метеоусловиях, взлета и посадки (в том числе на неподготовленные площадки); выполнение специальных задач (видеоконтроль высадки десанта, сброс грузов и др.).
О бзорно--по исковые ОЭС имеют более высокие технические характеристики по сравнению с обзорно-пилотажными системами в части требований к информационным каналам и точности стабилизации линии визирования. Основной их задачей является обнаружение и распознавание объектов в сложной фоноцелевой и метеорологической обстановке.
Обзорно-прицельные ОЭС являются основными информационными системами КАВ боевого вертолета. К их задачам относятся: обзор подстилающей поверхности; обнаруже-
ние и распознавание целей; передача на МФИ видеосигналов формируемых стабилизированных изображений (тепловизионного, телевизионного или комбинированного); измерение наклонной дальности до целей и углового положения линии визирования; захват оператором и автосопровождение целей; целеуказание для управляемых авиационных средств поражения и артиллерийских снарядов с лазерной головкой самонаведения; обнаружение и определение углового положения лазерного пятна от внешнего целеуказателя; подготовка и выдача эталонных изображений для применения управляемых авиационных средств поражения с оптико-электронными головками самонаведения.
Оптико-электронные системы БКО предназначены для обнаружения пусков атакующих ракет и определения их координат.
Наравне с этим опыт боевого применения вертолетов и анализ научно-технического задела зарубежных стран показал, что интенсивно разрабатываются и применяются различные средства и методы маскировки
Ведущая роль в информационном обеспечении боевого применения вертолетов АА возлагается на средства формирования и визуализации закабинного пространства с индикацией — в кабине комплексной информации,
которая формируется в результате совместной обработки
электронной картографической, радиолокационной, телевизионной, тепловизионной и навигационной информации. При этом особое значение имеют оптико-электронные системы, предназначенные для формирования и обработки визуальной информации в оптическом диапазоне длин волн.
объектов4: специальные покрытия, маскирующие цели в условиях различной фоноцелевой обстановки; активные средства инфракрасной (ИК) маскировки, адаптирующие объекты и цели к температуре фона; камуфляжные покрытия, изменяющие форму объекта; накладные трехмерные камуфляжные системы, снижающие (поглощающие) излучение объектов и др. Такие способы маскировки выравнивают оптические и тепловые контрасты объектов и фона, а также искажают их форму, тем самым делая потенциальные цели практически невидимыми для телевизионных и те-пловизионных информационных каналов штатных ОЭС, что существенно снижает боевые возможности вертолетов армейской авиации в целом.
К примеру, на рисунке 4 представлен экспериментальный график5 значений
нормированной разности температур ДТ объекта испытания (маскировоч-
норм 4 Е
ного комплекта «Диффузия») и источника теплового излучения:
где: Тои — средняя температура объекта испытания (маскировочного комплекта «Диффузия»);
Тизл — средняя температура излучателя (объекта маскировки).
Из рисунка 4 видно, что нормированная разность температур с возрастанием температуры тестового излучателя возрастает. Это говорит о том, что даже элементарные средства маскировки позволяют существенно снизить заметность потенциальных целей как в видимом, так и в ИК диапазоне.
Д71
норм 0,8
0,6
0,4
0,2
О
; 1 ■ а • 1 1 • ■
•
^ 1 < 1 I а а •
а а а а а а а ■
а а а 1
40 60
80
100
120
Рис. 4. График значений нормированной разности температур объекта испытания и источника теплового излучения
Таким образом, явно прослеживается противоречие между высокими требованиями к уровню информационного обеспечения перспективных вертолетов армейской
авиации при выполнении боевых задач, с одной стороны, и низкой возможностью их выполнения в условиях сложной фоноцелевой обстановки, с другой стороны.
В то же время современные тенденции развития ОЭС наблюдения направлены на расширение диапазона длин волн, в которых производится съемка, а также на увеличение спектрального разрешения. Интенсивно разрабатывается и используется гиперспектральная аппаратура (ГСА) как космического, так и воздушного базирования, позволяющая получать изображения в сотнях узких спектральных диапазонах видимого и ИК диапазонов спектра.
В результате проведения авиационной гиперспектральной съемки местности формируется гиперспектральное изображение, представляющее собой трехмерный массив данных (гиперкуб), в котором для каждого элемента разрешения изображения зондируемого объекта существует развертка по длине волны. При этом информативность такого гиперспектрального изображения намного выше информативности традиционного однока-нального изображения (рис. 5).
а)
б)
в)
Рис. 5. Изображения типового объекта военной техники: а) одноканальное, регистрируемое ОЭС в видимом диапазоне; б) многоспектральное, регистрируемое ОЭС в нескольких спектральных диапазонах; в) гиперспектральное, регистрируемое ГСА в диапазоне от 0,4 до 2 мкм
Обнаружение и идентификация объектов на гиперспектральных изображениях базируется на сравнении
эталонных (из базы данных) и получаемых пространственно-спектральных характеристиках (рис. 6).
Рис. 6. Спектральные кривые типового объекта военной техники: полученные одноканальной ОЭС (кривая 1), многоканальной ОЭС (кривая 2), ГСА в диапазоне от 0,4 до 2 мкм (кривая 3)
Тенденции развития ОЭС наблюдения направлены на расширение диапазона длин волн съемки, а также на увеличение спектрального разрешения. Для этого используется гиперспектральная аппаратура как космического, так и воздушного базирования, позволяющая получать изображения в сотнях узких спектральных диапазонах видимого и инфракрасного диапазонов спектра. В результате гиперспектральной съемки местности формируется гиперспектральное изображение, представляющее собой трехмерный массив данных, информативность которого намного выше информативности традиционного одноканального изображения.
Применение новых технических решений и технологий позволило разработать образцы малогабаритной ГСА, работающей в кадровом режиме. Это дает возможность установки такой аппаратуры как на боевые вертолеты в составе ИБК, так и на беспилотные летательные аппараты, не ограничивая их маневренность6.
Важным этапом в развитии ГСА необходимо рассматривать возможность ее модульного применения: в качестве дополнительного канала к уже существующим каналам типовых ОЭС (например, при решении обзорно-прицельных задач), или как автономную подсистему (например, обзор подстилающей поверхности при посадке на неподготовленную местность, в том числе в условиях Арктики), или в качестве дополнительной разведывательной аппаратуры в составе ИБК вертолета.
При этом на ГСА, как подсистему ИБК, должны возлагаться основные задачи: формирование изображения поверхности в заданном угловом поле, с требуемым разрешением; измерение спектральных характеристик объекта; обнаружение и распознавание целей посредством обработки спектрозональных изображений; визуализация гиперспектральных данных на МФИ с выделенными объектами в заданном спектральном диапазоне; совмещение и комплексирование гиперспектрального изображения получаемого
ГСА с тепловизионным и телевизионным изображениями штатных ОЭС; отображение особенностей подстилающей поверхности, нераспознаваемых другими системами.
Стоит отметить, что в силу большого числа регистрируемых спектральных каналов, сложности алгоритмов идентификации необходимо иметь достаточные вычислительные ресурсы для оперативной автоматической или автоматизированной бортовой обработки гиперкуба данных и их интерпретацию. Поэтому при применении ГСА в составе ИБК в первую очередь предъявляются высокие требования к мощности бортовых вычислительных ресурсов для обработки полученных данных и объему памяти для их хранения. Обрабатывать гиперспектральные изображения с высоким разрешением в реальном масштабе времени в настоящий момент представляется затруднительным. Таким образом, одним из подходов целесообразно рассмотреть построение ГСА с низким пространственным разрешением и высоким спектральным разрешением, что даст возможность приблизить время обработки к реальному масштабу. При этом повысить пространственное разрешение при формировании единого изображения на МФИ возможно будет за счет комплексирования гиперспектральных изображений с изображениями от телевизионных и/или теплови-зионных каналов ОЭС, имеющих более высокое пространственное разрешение.
Еще одним подходом к обработке гиперспектральных данных является оптимизация числа используемых спектральных каналов. Для реализации каждого из подходов необходимо разработать соответствующие специальные алгоритмы, включающие функции совмещения, комплексирования, устранения искажений, оценки информативности и качества обработки изображений.
Для реализации требуемых функций ГСА необходима глубокая проработка вопросов интеграции такой аппаратуры в состав современных и перспективных комплексов бортового оборудования вертолета, в том числе на основе подходов и технологий интегрированной модульной авионики, включая функциональную
и структурную интеграцию (информационную, программную и аппаратную) КБРЭО, ПНК, КАВ и БКО.
Одним из основных направлений развития ГСА в составе ИБК вертолета можно считать обеспечение возможности работы такой аппаратуры в реальном масштабе времени с качеством получаемых изображений, соответствующих уровню требований по дальности обнаружения и распознавания типовых объектов.
На рисунке 7 показана структурная схема организации основных перспективных направлений работ по интеграции ГСА в ИБК вертолета на этапе научно-исследовательской работы по формированию облика перспективного ИБК.
Рис. 7. Структура исследований в части создания и интеграции ГСА в ИБК вертолета
По результатам предварительной оценки эффективности применения ГСА в составе ИБК при выполнении боевых задач вертолетами АА установлено, что использование ГСА в подсистеме информационного обеспечения позволит в среднем увеличить вероятность обнаружения типовой замаскированной цели на 65 % в сравнении с вероятностью
обнаружения штатной ОЭС (рис. 8) и тем самым разрешить сложившееся противоречие. Более точные оценки могут быть получены при натурных испытаниях и разработке моделей и методик оценки эффективности применения определенных образцов ГСА при выполнении вертолетами армейской авиации конкретных задач в конкретных боевых условиях.
Рис. 8. Нормированные гистограммы распределения оценок вероятности обнаружения Ро типовой замаскированной цели: штатной ОЭС (красная гистограмма) и ГСА (синяя гистограмма)
Таким образом, анализ возможностей использования ГСА в боевых условиях дает основания считать ее перспективной в части обнаружения и распознавания типовых объектов (целей) при выполнении в первую очередь разведывательных, огневых и специальных задач в сложных физико-географических и фоноцелевых условиях обстановки, а также при наличии естественной и искусственной маскировки. При этом на данном этапе необходимо четкое научно-тех-
ническое обоснование: основных тактико-технических характеристик такой аппаратуры; технических путей программно-аппаратной и функциональной интеграции ГСА в ИБК; проведения достаточного комплекса прикладных научно-исследовательских работ, а также объединение имеющихся теоретических и технологических ресурсов для быстрого получения практического результата при решении задачи интеграции ГСА в ИБК вертолета.
ПРИМЕЧАНИЯ
1 Эргатические интегрированные комплексы летательных аппаратов / под ред. М.М. Сельвестрова. М.: Воениздат, 2007. 512 с.
2 Обработка изображений в авиационных системах технического зрения / под ред. Л.Н. Костяшкина, М.Б. Никифорова. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2016. 240 с.
3 Бельский А.Б. Оптико-электронные и лазерные системы в современных и перспективных комплексах бортового оборудования вертолетов // Фотоника. 2012. № 6. С. 26—31.
4 Юхно П.М. Преднамеренные оптические помехи высокоточному оружию: монография. М.: Радиотехника, 2017. 640 с.
5 Обнаружение и координатометрия оптико-электронных средств, оценка параметров их сигналов: монография / под ред. Ю.Л. Козирацкого. М.: Радиотехника, 2015. 456 с.
6 Пожар В.Э., Мачихин А.С., Гапо-нов М.И., Широков C.В., Мазур М.М., Ше-рышев А.Е. Гиперспектрометр на основе перестраиваемых акустооптических фильтров для БПЛА // Светотехника. 2018. № 4. С. 47—50.
