ЗАО "Невод" для решения проблем борьбы с малошумными подводными лодками предлагает модернизировать существующую гидроакустическую технику самолётов, кораблей и подводных лодок встраиваемыми компьютерами со специальными программами обработки, вместо замены старых гидроакустических станций на новые. Это значительно дешевле. Позволяет решать поставленные задачи на более качественном уровне. Предлагается комплексное решения проблемы.
Содержание проблемы.
Угрозу для безопасности прибрежных стран представляют малошумные подводные лодки с ядерными баллистическими и высокоточными крылатыми ракетами. Проблема надежного и непрерывного контроля, за подводными лодками в прибрежных водах, в реальном масштабе времени, у большинства стран не решена, что ущемляет их национальные интересы. Во многом это объясняется устаревшей гидроакустической техникой самолетов, кораблей, подводных лодок, стационарных систем наблюдения, а также отсутствием современных систем освещения подводной обстановки.
Обнаружение и слежение за современными малошумными подводными лодками является сложной организационно-технической задачей. Около 90 % всех обнаружений подводных лодок осуществляется гидроакустическими системами. Одновременная комплексная модернизация гидроакустической техники разнородных сил постоянной готовности позволит создать базу для современных систем освещения подводной обстановки.
Большое развитие в системах мониторинга окружающей среды получили информационные технологии с использованием ЦОТС (Цоммерциал-Офф-Тхе-Шелф) – изделий. Именно ЦОТС-технология принята за основу построения глобальной американской системы освещения подводной обстановки ИУСС ( Интегратед Ундерсеа Сурвеилланце Сыстем) фирмы Локхид Мартин (США). ЗАО «Невод» разделяет этот подход в создании единой системы информации об обстановки в реальном масштабе времени в Мировом океане.
Проблема гидроакустического обнаружения малошумных подводных лодок.
Малошумной подводной лодкой считается подводная лодка имеющая шумность менее 100 дб (относительно 1 мкПа ) и дискретные (сигнатурные) составляющие спектра шума менее 120 дб. К таким лодкам можно отнести американские подводные лодки типа "Тридент", " Лос-Ангелес", "Сеа-Волф ".
Известно, что из-за мероприятий по обесшумливанию общая шумность американских лодок падает со скоростью 1-2 дб в год. Таким образом реальный потенциал обнаружения существующей техники мог упасть.
На дальность обнаружения влияют три фактора: шумность цели, уровень собственных помех и потенциал распознавания минимального сигнала на фоне помех. На шумность цели повлиять нельзя, уровень собственных помех быстро снизить тоже не возможно, а вот на потенциал обнаружения , с целью его повышения , повлиять можно путем внедрения в состав ГАК встраиваемых компьютеров цифровой обработки сигналов (ЦОС) со специальными программами обработки обнаружения и классификации сигналов.
Проблема гидроакустики.
Существующие методы обработки гидроакустических сигналов примитивно просты, используют гауссову ( хи-квадрат) вероятностную модель сигнала и помехи. Учет среды в трактах фильтрации ограничен признанием факта спадания спектральной характеристики сигналов и помехи 6 дб на октаву.
Специалистам давно понятно, что гидроакустика занимается только проблемой распространения звука в водной среде и проблемы обнаружения ей не под силу. Примитивное понимание проблемы обнаружения сигналов специалистами гидроакустиками проявляется в их заявлениях о шумности американских подводных лодках сравнимых с фоновым шумом моря.
Реальный гидроакустический сигнал от малошумной подводной лодки на расстояниях более 10 км не имеет спада 6 дб на октаву, "развален" многолучевой интерференцией и описывается многомерными статистическими распределениями. Алгоритмы обработки, основанные на многомерных функционалах правдоподобия, не реализуются примитивной аналоговой техникой, а требуют тонких методов цифровой обработки сигналов.
Демаскирующим фактором подводной лодки является не только ее гидроакустический шум, но и ее дискретные составляющие (сигнатуры).
Американские подводные лодки имеют достаточное число демаскирующих дискретных составляющих для их надежного обнаружения и классификации на больших расстояниях. Они сосредоточены в основном в диапазоне до 1 кГц, с пиком плотности в диапазоне 300-700 гц.
Автоматическое обнаружение дискретных составляющих обеспечивает технология информационно-адаптивного метода , реализованная в российской приставочной аппаратуре «Рица». В США, эта технология получила развитие по названием «чаотиц» - хаос, которая внедряется, в т.ч. в системы гидроакустического обнаружения (ввв.чаотиц.цом). Хаос измеряется энтропией. Уменьшение энтропии – информация. Метод, связанный с приспособлением к окружающим условиям, для получения надежной информации, на базе разрешения начальной неопределенности об объекте наблюдения, получил название у сотрудников ЗАО «Невод» информационно-адаптивного. Полезная сущность метода состоит в том, что он приспосабливается к существующим сенсорам, датчикам, системам обнаружения, внося за все плату - время. Полезный эффект – повышение потенциала обнаружения по сравнению с оптимальными методами обнаружения на 10-15 дб. Этот метод оказался универсальным. Он может использоваться как для одного датчика, так и системы датчиков, в том числе хаотически распределенных в пространстве. Существенным отличием этого метода от пространственных экстремально-корреляционных систем является то, можно «коррелировать» сигналы от объектов не методом взаимокорреляционной функции, а методом взаимной информации, как меры похожести нестационарных процессов, так долго, пока источник информации находится в заданном элементе пространственного разрешения.
При больших дальностях обнаружения в зоне обнаружения могут находится десятки и сотни гидроакустических целей, поэтому дополнительные устройства обработки информации должны использовать современные методы автоматической классификации целей и их отсев на приоритетные и второстепенные. Информационная система освещения подводной обстановки – это оптимальное использование гидроакустических средств обнаружения с повышенными возможностями по обнаружению малошумных подводных лодок.
Проблема модернизации.
Кризисное состояние гидроакустической техник, как правило обусловлено, ошибочным мнением командования военно-морских сил, что проблемы должны решать специалисты - гидроакустики, а также не отлаженным процессом инноваций. Анализ гидроакустической техники показал, что поставщик не предусмотрел возможность ее модернизации в корабельных условиях. Альтернативный подход заключается, в насыщении гидроакустических станций встраиваемыми компьютерами гражданского назначения со специальными программами обработки сигналов на базе открытых информационных технологий. Идея любого разработчика в таком случае может быть проверена почти мгновенно сразу на кораблях, без каких либо затрат. Так основные усилия разработчика будут потрачены на разработку программного обеспечения, а не "железо". Все это экономит огромные средства, при высокой эффективности конечного результата. Встраиваемые компьютеры могут подключаться в параллель основному тракту ГАК, не мешая его работе.В ВМС США действуют две программы модернизации гидроакустической техники силами малого бизнеса: УС Навы Смалл Бусинесс Инноватион Ресеарч ( Инновационные исследования силами малого бизнеса в ВМС США) и Ацоустицал Рапид ЦОТС-Инсертион ( Ускоренная программа модернизации гидроакустической техники ВМС за счет внедрения информационных технологий гражданского назначения)
Проблема шумности ПЛ.
В условиях применения новых информационных методов в области обнаружения сигналов, традиционные методики расчета шумности и уровня помех не отражают действительного уровня шумности подводной лодки. Измерения, сделанные в условиях ближнего акустического поля, нельзя переносить на дальнее, в условиях канального распространения звука в море. Методики измерения шумности, ориентированные на усредненные уровни в фильтрах, необходимо считать устаревшими, не отражающими полной картины демаскирующих шумов подводной лодки. Современные методы обработки извлекают информацию из поведенческого характера спектра шума, его отдельных спектральных полос, на всем многочасовом цикле движения подводной лодки в зоне обнаружения неприятельского ГАК . При этом в единую траекторию связываются участки шума, не коррелированные между собой традиционными методами.
Существующие методы цифровой адаптации к уровню собственных помех, в сочетании с многомерными моделями обнаружения сигналов резко уменьшают их влияние на дальность обнаружения. При этом снижается требование к уровню собственных помех и шумности ПЛ. Современные методы цифровой обработки информации снижают преимущество малошумной лодки перед сильно шумящей, если последняя использует в составе своих ГАК эти методы обработки. Так, как та и другая лодка обнаруживают друг друга на дальностях значительно превышающих возможности их оружия. В таких условиях, проблема шумности уступает проблеме внедрения новых методов обработки информации в существующие ГАК. Шумность уменьшить - не реально, а вот внедрить новые методы обработки информации вполне по силам.
Проблема Инноваций.
Результаты НИР и НИОКР, как правило, направлены на разработку перспективной техники. Недостатком большинства НИР и НИОКР является то, что они выполняются на предположениях и расчетах далеких от реального положения вещей. Цель большинства НИР и НИОКР – защита диссертаций, поддержка научных школ. Инновации прямо на флоте, непосредственно на самолетах, кораблях и подводных лодках сами по себе нацелены на конечный результат, и не связаны с новыми разработками. Инноваторы творчески подходят к уже выполненным разработкам и "ноу-хау" и используют готовые технические решения. Стандартные компьютеры со стандартным программным обеспечением на базе открытых технологий уравнивают возможности различных научных школ в проверке своих идей , но не за счет заказчика, а за счет собственных возможностей.
Поскольку инновации в предлагаемой программе не предполагают разработку новой техники, используют открытые стандарты, то такие работы могут выполнять малые предприятия научно-технической сферы.
Информационная система освещения подводной обстановки
Информационная система освещения подводной обстановки (ИСОПО) - это вспомогательный элемент противолодочной обороны (ПЛО), предназначенный для непрерывного информирования командования о текущем местоположении погруженных подводных лодок (ПЛ) в море, для решения поставленных задач перед ПЛО. ИСОПО основывается на мониторинговом принципе работы в реальном масштабе времени. Под реальным масштабом времени понимается возможность отображения местоположения погруженной ПЛ в заданном районе освещения подводной обстановки с доверительной вероятность 0.95 каждый час в течении суток. ИСОПО состоит из:
- центра связи, сбора, обработки и отображения информации;
- распределенных элементов сбора, предварительной обработки, передачи
информации;
- источников информации;
Распределенные элементы (РЭ) – это корабли, самолеты, подводные лодки, стационарные системы, другие радиотехнические системы наблюдения и разведки, находящиеся в море специально или по дополнительному заданию, решающие задачи освещения подводной обстановки и передающие информацию об источниках в центр сбора информации. Источники информации – это подводные лодки в море - объекты освещения. ИСОПО преимущественно использует пассивные средства освещения обстановки. Функционирование ИСОПО основывается на информационных критериях оценки освещенности обстановки для принятия решения при обнаружении и классификации сигналов от подводных лодок, а РЭ являются только элементами первоначального фиксирования пространственного распределения источников информации, предварительной классификации и последующей передачи в центр сбора. При этом решение об обнаружении ПЛ на РЭ из-за недостаточности информации может не приниматься. Принятие решение об обнаружении ПЛ и оценку вероятного района ее местоположения выполняет центр сбора. Сигналы в ИСОПО из амплитудной меры переводятся в информационную. Это позволяет объединять информацию от разнесенных в пространстве разнородных РЭ методом простого суммирования ( аддитации) информации о сигнале, когда сигнал от подводной лодки, фиксируемый РЭ, различен по природе, в пространстве не коррелирован, искажен помехами и влиянием среды распространения. Накопленная в центре сбора суммарная информация с привязкой к элементарным участкам заданного района освещения подводной обстановки моря анализируется на наличие участков с повышенной условной информацией о ПЛ, которые и будут районами их местоположения. Время накопления информации в элементарном участке заданного района от различных РЭ ограничено временем нахождения ПЛ в этом участке и может иметь порядок нескольких часов. Математический аппарат ИСОПО – теория информации и математическая статистика. С точки зрения теории информации, малошумные подводные лодки таковыми не являются, поэтому для ИСОПО не пригодны традиционные методики расчета шумности и оценки дальности гидроакустических средств обнаружения. Демаскирующим фактором гидроакустического шума ПЛ является не ее шумовой портрет с отдельными дискретными составляющими, а информационный портрет, характеризующий неоднородность информационной производительности гидроакустического источника по спектру сигнала. Накопление информации по участкам спектра с неоднородной информационной производительностью позволяет фиксировать условное распределение информации по пространству обзора РЭ. Условная информация по зоне обзора передается в центр сбора, где может накапливаться часами в течении длительного времени и обобщаться. При информационном подходе зона надежного фиксирования информации от малошумной подводной лодки может в десятки раз превышать дальность действия гидроакустических систем с обычной обработкой гидроакустического сигнала
Однако эта зона является результатом функционирования всей ИСОПО, а не технического средства обнаружения РЭ.
Основные цели и задачи, сроки и этапы реализации.
Выполнение комплекса инновационных научно-технических разработок непосредственно на самолетах, кораблях и подводных лодках преследует главную цель-повышение эффективности существующих гидроакустических средств по обнаружению малошумных подводных лодок, наметить пути модернизации и направления развития в перспективной гидроакустической аппаратуре. Модернизация не самоцель. Слежение и постоянный контроль за малошумными подводными лодками в море можно осуществить только с помощью системы освещения подводной обстановки. Наступает век противоборства информационных систем, только они способны обеспечить боевое превосходство над противником.
Конечная цель программных мероприятий создать действующую систему ( модель) освещения подводной обстановки в Баренцевом море на базе разнородных сил . В связи с чем необходимо выполнить ряд задач:
Организовать инновационный процесс непосредственно на объектах, вместо традиционных малоэффективных НИР и НИОКР.
Добиться стабильного финансирования проектов программы из всех возможных источников.
Отработать технологию модернизации существующей электронной техники, за счет встраиваемых компьютеров цифровой обработки сигналов гражданского применения иностранного и отечественного производства.
Внедрить информационные технологии открытых систем в военную технику на объектах.
Отработать систему связи в реальном масштабе времени по передаче сигналов от обнаруживаемых ПЛ самолетами, кораблями, подводными лодками, стационарными системами наблюдения в береговой центр обобщения принятия решения об обнаружении и слежении за иностранными ПЛ.
Отработать использование действующих спутниковых систем связи и навигации общегражданского применения (ГПС,ГЛОНАСС,Галилео ИНМАРСАТ, ГОНЕЦ) в интересах информационной системы освещения подводной обстановки.
Разработать комплексный компьютерный тренажер.
Отработать методики, наставления и инструкции по правилам использования модернизированной техники
Программа устанавливает тактические и стратегические цели и задачи, которые реализуются поэтапно.
Первый этап. Разработка мероприятий и проектов Программы, согласование с Командованием мероприятий программы и форм взаимодействия, поиск исполнителей, инвесторов и государственных заказчиков.
Второй этап. Выполнение основных программных мероприятий, направленных на параллельное выполнение инновационных разработок на самолетах, кораблях и подводных лодках. Начало функционирования ИСОПО по мере готовности разработок к практическому использованию.
Третий этап. Комплексное функционирование ИСОПО. Передача инновационных разработок серийным заводам - поставщикам электронной техники для ее массовой модернизации.
