Re: НИР «Гряда» и приставка «Рица». Воспоминания, размышления, выводы.
Прочитал воспоминания Стрелкова И.М. о его руководстве научно-исследовательской работой (НИР) «Гряда» по оценке возможностей повышения эффективности ГАК ПЛ по дальности обнаружения наших и иностранных ПЛ по их дискретным составляющим (ДС), с использованием аппаратуры узкополосного спектрального анализа (УПА) совместно с ГАК. Весьма любопытно.
Зная, что на форуме присутствуют специалисты, имевшие, по роду своей деятельности, отношение к этим вопросам и понимающие важность прикладного характера этой проблемы, хотелось бы высказать, возможно, в виде полемики, несколько своих соображений и выводов по данной тематике. Тем более, что именно на выводы этого НИР ссылались в своё время, да и до сих пор ссылаются, противники внедрения на корабли и самолёты БПА флота такой разработки, как приставка «Рица» и её модификаций.
Итак, к середине 1974 года, в ВМФ накопилась определённая информация о том, что американские ПЛ имели существенное преимущество по дальности обнаружения наших ПЛ. Используя это преимущество, они осуществляли их превентивное обнаружение и, затем, скрытное слежение за нашими ПЛ, которые, в общем то, об этом даже не догадывались. Тактический манёвр по проверке отсутствия слежения был не эффективен из-за маленьких дистанций обнаружения нашими ПЛ иностранных ПЛ.
Предположительно, повысить эффективность своих ГАК, американцам, яко бы, удалось, в частности, за счёт дополнительной обработки входных г/акустических сигналов аппаратурой узкополосного спектрального анализа (УПА), сопряжённой или встроенной в канал ШП ГАК. Естественно, что командование ВМФ не могло оставить без внимания подобную информацию. Первый зам. ГК ВМФ Смирнов Н.И., через постановление ЦК и Совмина СССР, инициировал проведение соответствующего НИР, шифр «Гряда», по изучению возможностей повышения дальности действия (ДД) пассивных г/акустических средств наших ПЛ с помощью системы узкополосного анализа при шумопеленговании в звуковом диапазоне. Т.е., ставилась задача, в ходе работ выяснить, присутствуют ли в шумах ПЛ характерные дискретные составляющие и, если они присутствуют, возможно ли их использование с целью увеличения дальности обнаружения ПЛ.
Выполнение данного НИР было поручено ЦНИИ «Морфизприбор». Руководителем работ был назначен Стрелков И.Н., начальник сектора, занимавшегося в ЦНИИ «Морфизприбор» разработкой средств обнаружения г/акустических сигналов.
В рамках проводимого НИР была закуплена за рубежом соответствующая аппаратура УПА, выделена ДПЛ СФ пр.641Б с ГАК «Рубикон», определён СРЗ для переоборудования этой ДПЛ под установку необходимого оборудования, определены сроки выполнения НИР и порядок его финансирования.
В ходе работ группой Стрелкова было установлено, в частности, что ПЛ, как иностранные, так и наши, в спектрах своих шумов, в исследуемом диапазоне частот, не имеют ярко выраженных характерных ДС с уровнями, позволяющими использовать аппаратуру УПА совместно с каналом ШП ГАК, как повышающую эффективность ГАК по обнаружению ПЛ. Т.е., при использовании УПА с ГАК невозможно увеличить его дальность обнаружения ПЛ, по сравнению с каналом ШП без УПА. Поэтому нет смысла добавлять аппаратуру УПА ни к одному из ГАК, состоящему на вооружении ПЛ (ни к «Рубикону», ни к «Скату»).
Вместе с тем, Стрелков отметил, что одним из результатов данной работы, явилось практическое подтверждение возможности резкого снижения уровня помех на ПЛ, что само по себе, яко бы, обеспечивало существенное увеличение ДД ГАК, а уменьшение шумности во внешнем поле снижало заметность ПЛ для сонаров противника. Выводы, конечно, интересные.
Но для таких банальных выводов не зачем было затевать подобный НИР. Почти два года работы ради того, что бы доложить командованию ВМФ, что для повышения ДД ШП ГАК необходимо снижение шумности ПЛ-носителя и её уровня помех работе ГАК. И других вариантов нет.
Однако, такие выводы явно не устроили командование ВМФ и, в частности, инициатора данной работы Смирнова Н.И., который оказался в непростой ситуации. С одной стороны флот получал информацию о больших дальностях обнаружения американцами наших ракетных ПЛ, постоянном скрытном слежении за ними, с использованием, в частности, аппаратуры УПА. С другой, заверения «Морфизприбора» об оптимальности параметров отечественных ГАК по обработке г/акустических сигналов и бесперспективности дальнейшего повышения их эффективности с помощью УПА. Причём, эти заявления со стороны «Морфизприбора» не были голословны, они основывались на выводах НИР «Гряда», которую военные сами же и заказали. Что оставалось делать адмиралам ВМФ, только чесать затылки, да разводить руками. Спорить с «Морфизприбором» в этом вопросе им было как-то не с руки.
В то же самое время, когда проводилась НИР «Гряда», другая организация, ЦНИИ «Агат», не дожидаясь её окончания, результатов исследований и выводов, согласовала ТТЗ на разработку отечественной аппаратуры УПА для ПЛ, шифр «Напев», по своим характеристикам примерно аналогичной той импортной, что использовалась Стрелковым. Целью создания аппаратуры «Напев» было увеличение дальности обнаружения ПЛ за счёт использования узкополосного анализа, при её совместной работе с ГАК ПЛ и, очевидно, классификация целей. Кем была инициирована эта работа, я не знаю. Возможно, не обошлось без участия представителей флота, которые, не совсем доверяя «Морфизприбору», решили подстраховаться и разрушить его монополию на эту проблему. Возможно, были и другие причины.
Тем не менее, аппаратуру эту, плюс аппаратуру сопряжения с ГАК, «Агат» сделал и оснастил ей 5 АПЛ (в ДПЛ такой объём радиоэлектронного оборудования просто не поместился бы). Причастные представляют массогабаритные размеры «Напева». Вещь поучилась тяжёлая, объёмная, цены не малой, но в практическом применении, совершенно бесполезной. На флоте «Напев» своё прямое предназначение по увеличению дальности обнаружения ПЛ и классификации целей не выполнил. Деньги были потрачены впустую. «Морфизприбор» в тайне ликовал. Ещё бы, они ведь написали в выводах НИР «Гряда», что использование аппаратуры УПА совместно с ГАК ПЛ никакого практического выигрыша по дальности обнаружения ПЛ по ДС не даст. А им не поверили. Получилось, что негласно, командованием флота выводы НИР «Гряда» были поставлены под сомнение. Это напрямую затрагивало научную репутацию головной, в вопросах отечественной гидроакустики, организации и больно било по их самолюбию.
Вместе с тем, высказывание Стрелкова, о необходимости разработки «Напева», в частности, как элемента системы первичной обработки г/акустического сигнала цифрового ГАК, а так же для выполнения ряда типовых операций, в частности БПФ, вызывает, мягко говоря, недоумение. Ведь «Напев» задумывался и создавался для несколько иных, гораздо более масштабных целей. В соответствии с этими задачами запрашивалось и финансирование проекта. Флот был вправе ожидать гораздо большей отдачи от учёных за такие деньги. А вместо обещанного, получили несколько процессоров БПФ, оцифровку входного сигнала и туманные рассуждения о полезности использования этих самых процессоров БПФ в перспективных цифровых ГАК. Как говорится, с паршивой овцы хоть шерсти клок. А не проще ли и дешевле было бы целенаправленно исследовать эту чисто техническую проблему узкими специалистами? Но этот путь не для «настоящих героев». Они ведь, как известно, всегда идут в обход.
Как бы то ни было, но ни «Морфизприбор», ни «Агат», не сумели решить эту проблему, поставленную перед ними флотом. Поэтому командованием ВМФ, в решении этого вопроса, был взят тайм-аут. Проблема осталась и требовала дополнительного серьёзного исследования. Но кому можно было поручить её решение? Ведь ведущие специалисты в этой области отсутствием каких-либо ожидаемых положительных результатов, или, хотя бы, приемлемых объяснений, фактически, расписались в собственном бессилии. Правда, деньги от государства, за это бессилие, они получили исправно. В оправдание этому можно только сказать, что в науке и отрицательный результат, тоже результат.
Так продолжалось до 1983 года, до тех пор, пока командование ВМФ не узнало о работах, проводимых с 1981 года инициативной группой офицеров подводников 4 ЭСКПЛ СФ, под руководством Курышева В.Е., по тематике: « Цифровая обработка г/акустических сигналов канала ШП ГАК, с последующим спектральным анализом и обработкой в ЭВМ усреднённых энергетических спектров информационно-адаптивными алгоритмами с целью повышения эффективности ГАК по обнаружению ПЛ». В 1984 году Смирнов Н.И.поручил Курышеву В.Е. изучить материалы НИР «Гряда» и доложить ему свои соображения. Изучив материалы и выводы НИР, Курышев доложил Смирнову, что основной вывод, сделанный Стрелковым, в свете поставленной задачи, в целом, правильный. Т.е. потенциал по обнаружению ПЛ в ШП в широкой полосе, при одинаковом времени накопления сигнала, всегда будет больше потенциала обнаружения ПЛ по ДС небольшого уровня, что, формально, подтверждает правильность сделанных в работе выводов. Однако, у него (Курышева), к данной НИР, имеется ряд существенных замечаний. В частности, в работе была слабо представлена теория обнаружения и в свете её не развиты принципы повышения дальности действия. Стрелков не предложил увеличить время накопления сигнала для ДС (ограничился временем накопления комплекса в ШП), не определил понятия ДС, не раскрыл её физическую сущность, не предложил возможность создания согласованного фильтра на ДС, как сигнал. В данной работе не была предусмотрена разработка и исследование алгоритмов автоматической обработки спектральных отсчётов, не ставилась задача классификации целей по обнаруженным ДС и, на их основе, формирования словаря классификационных признаков, для решения, в последующем, классификационной задачи. Справедливости надо сказать, что если бы такая задача классификации и была поставлена, то она тоже была бы не решена, т.к., при использовании ДС энергетического спектра в качестве классификационных признаков, эта задача не решаема в принципе.
Поэтому к основному выводу НИР о том, что ни к одному ГАК не имеет смысла добавлять аппаратуру УПА с целью повышения его дальности обнаружения ПЛ, можно было бы добавить только одно, а именно, что нет смысла добавлять к ГАК аппаратуру УПА в той комплектации и с той технологией обработки сигнала и визуализации данных, с которой Стрелков проводил свои исследования. Но не более того!
Стрелков был прав в том, что оцифровка входного сигнала и последующая его обработка БПФ, с целью получения усреднённых энергетических спектров в элементе разрешения, действительно, процедура, не позволяющая кардинально увеличить дальность действия ГАК по выявленным ДС. Причин этому много. Во-первых, как он сам пишет, это отсутствие в шумах наших и иностранных ПЛ ДС необходимого уровня. Во-вторых, это не одинаковость ширины ХН для различных частот спектра, что не позволяет получать однозначного направления на цель и разделения нескольких целей в элементе разрешения. Невозможность оценки дистанции до цели и невозможность однозначной идентификации обнаруженных ДС с какой либо целью, т.к. для этого необходимо было, предварительно, создать банк данных классификационных признаков и программу классификации. Но при создании такого банка на основе ДС исследователь неминуемо столкнулся бы с неразрешимой задачей размерности пространства признаков и соответствия им количества различаемых классов. Это количество увеличивалось бы по мере обследования новых целей и накопления классификационных признаков, что, в конечном итоге, поставило бы крест на решении задачи классификации. Это, в свою очередь, привело бы к тому, что окончательную классификацию акустикам пришлось бы осуществлять на слух, на дистанции обнаружения цели в широкой полосе канала ШП. И зачем тогда городить такой огород с обнаружением ДС? Невозможность решения проблемы классификации и определения точного направления на цель, а так же разделения нескольких целей в элементе разрешения, при подобном подходе, делало использование аппаратуры УПА совместно с ГАК малоэффективным.
Впрочем, в этой НИР задачи классификации и не ставилось. Но без её решения данная работа вообще теряла всякий практический смысл и становился тривиальной исследовательской задачей по обнаружению непонятно чего, интересной, разве что, самим исследователям. Потому как, подобные исследования проводятся исключительно в контролируемых условиях, при постоянстве пеленга на цель, на расходящихся курсах, в условиях полного отсутствия мешающего судоходства. Обработка полученных данных осуществляется в тиши кабинетов, с анализом всей имеемой информации и калек маневрирования ПЛ-носителя и ПЛ-цели. Попытки использования аппаратуры УПА на учениях в неконтролируемых условиях показали её полную несостоятельность, что, собственно говоря, и следовало ожидать.
И вот на выводы этой работы, НИР «Гряда», ссылались и продолжают ссылаться оппоненты «Рицы», что, впрочем, говорит об их невысоком, в данном вопросе, уровне подготовки и полном не понимании данной проблемы. Такие некорректные сравнения простительны военным, но никак не учёным, занимающимся проблемами обнаружения целей по их ДС. Отличие «Рицы» от работы Стрелкова заключается в том, что в «Рице» усреднённые энергетические спектры не являются конечным продуктом анализа и основой отображения на индикаторе и рекордере. Они являются только исходным материалом для дальнейшей оригинальной обработки. Вот этого никак не хотят понять критики «Рицы». Они почему то считают, что если в аппаратной части присутствует спец.процессор БПФ, формирующий энергетические спектры, то это как раз то, чем занимался Стрелков в НИР «Гряда». А поскольку выводы НИР отрицательные, то и заниматься подобной проблемой более не стоит. Вот такая логика. А может причина критики «Рицы» была вовсе и не в этом?
Курышев представил Смирнову Н.И. свою концепцию повышения эффективности ГАК ПЛ путём параллельного подключения к тракту ШП ГАК аппаратно-программного комплекса открытой архитектуры, состоящего из двух канального блока 12-разрядных АЦП, для оцифровки входных сигналов, спец.процессора БПФ, для получения
усреднённых энергетических спектров и ЭВМ, для обработки этих спектров по специальным адаптивным программам, с последующей визуализацией обработанных данных на экране ЭВМ. По сути, командованию ВМФ был представлен проект дополнительного малогабаритного цифрового тракта обработки г/а сигналов, работающего параллельно и не зависимо от штатного ГАК, начиная с формирователя Х.Н. в горизонтальной плоскости, со своей системой отображения информации, в габаритах двух стандартных ящиков киповской аппаратуры, которые можно было разместить на любом проекте ПЛ. Не маловажно и то, что представленная аппаратура была полностью отечественного производства. Смирнов Н.И. согласился с предложениями Курышева и распорядился продолжить работы инициативной группы по заявленной тематике на 4 ЭСКПЛ СФ.
Подводя итоги, можно сказать, что НИР «Гряда» для того времени была достаточно революционна. Выводы, сделанные в этой работе, в свете поставленной задачи, правильные. Однако, к проекту «Рица» они не имеют никакого отношения и ссылки на них, хочу подчеркнуть особо, совершенно не состоятельны.
Исследования показали, что заманчивая перспектива решить проблему повышения дальности по обнаружению малошумных ПЛ простым добавлением к тракту ШП ГАК аппаратуры УПА обречена на провал. К этому выводу пришёл Стрелков, это прекрасно понимали и разработчики «Рицы». Эта проблема, в такой постановке вопроса, не решаема ещё и потому, что использование обнаруженных в энергетических спектрах ДС в качестве классификационных признаков не позволят решить задачу классификации в принципе. А без решения этой задачи проблема повышения дальности обнаружения по ДС, как я уже говорил выше, вообще теряет всякий смысл.
Выход видится в преобразовании энергетических компонент спектра либо в корреляционную матрицу, либо в их их информационный эквивалент. Решение этой задачи позволяет избавиться от всех недостатков, присущих энергетическим спектрам. Использование подобных технологий применительно, практически, к любым г/а средствам, может позволить существенно повысить их эффективность по дальности обнаружения. Что, собственно и было реализовано в приставке «Рица».
Однако, возникает резонный вопрос, а как же американцам в 70-х годах удалось получить положительные результаты при использовании УПА и существенно увеличить дальности обнаружения наших ПЛ. Причин несколько.
Во-первых, в начале 70-х шумность и уровень помех работе ГАК у наших АПЛ были существенно выше, чем у американских.
Во-вторых, в это время американцы проводили интенсивные исследования по цифровой обработке сигнальной информации с использованием БПФ, накоплении энергетических спектров, выделении из спектров узкополосных частотных составляющих для их дальнейшей обработки методами, обеспечивающими высокую разрешающую способность. Подобные методы привели к разработке устройств новой архитектуры, в которых большинство вычислительных операций относилось к матричным операциям и которые реализовывались на СБИС, обеспечивающих вычисления путём матричного умножения и накопления и имели более высокую эффективность по пространственному разрешению целей, чем наши, основанные на аналоговой корреляционной обработке широкополосных шумовых сигналов.
Однако, обнаруженные в элементе разрешения ДС, не давали возможности осуществлять по ним достоверную классификацию. Для этого их необходимо было сравнить с уже имеемыми в банке данных спектральными портретами. Подобная процедура требовала постоянного пополнения и обновления соответствующего банка данных, содержащего так называемые спектральные портреты целей. Хочу заметить, что это уже были не энергетические спектры, а их корреляционные аналоги, являющиеся определённым инвариантом. Амплитудная составляющая в этих портретах отсутствовала и основным признаком являлась сама частота. Всё это приводило к тому, что, даже при обнаружении цели на значительном расстоянии, требовалось сблизиться с ней на дистанцию уверенного акустического контакта, достоверно классифицировать цель и записать её акустический портрет в виде корреляционной матрицы. После чего, выделив несколько характерных частотных признаков, можно было отойти на безопасную, для обнаружения противником, дистанцию и продолжать скрытное за ним слежение. Очевидно в эти моменты наши ПЛ, иногда, и обнаруживали американцев.
В «Рице», в принципе, была реализована подобная концепция по классификации, однако вместо корреляционных матричных коэффициентов, использовались информационные портреты, дающие не только расположение характерных частот на частотной оси, но и информационное амплитудное распределение в портрете, что не способна дать корреляционная обработка. Особо подчеркну, что подобное распределение также является инвариантным. Однако, так же как и американцам, нам необходимо было иметь достоверную классификацию обнаруженных ДС, чтобы записать их в банк данных.
В своё время нам так и не удалось разъяснить, в чём принципиальная разница между информационными спектрами «Рицы» и энергетическими, используемыми Стрелковым в своей приставке. Да наверное, не очень то и стремились в этом разобраться. В середине 80-х у нас ещё не было объективных условий для решения подобных задач в том формате, в котором работала группа.
В настоящее время очень много говорят о том, что в России не хватает передовых идей, нет толковых специалистов. А чем идеи, заложенные в «Рице» не передовые? Их, между прочим, так до сих пор и не реализовали, значит есть куда стремиться. И судя по потенциалу, они не уступают американским, а в вопросах классификации (при формировании инвариантного признакового пространства) даже превосходят.
Чувствую, уплывёт идея за границу.
