Верба В.С. - Авиационные комплексы радиолокационного дозора и наведения (Системы мониторинга) - 2008

ГЛАВА 7

ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ИНТЕГРИРОВАННЫХ АВИАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИХ КОМПЛЕКСОВ

7.1. Направления модернизации и развития информационно-управляющих комплексов

Внастоящее время роль авиации при решении как военных, так и хозяйст­ венных задач непрерывно возрастает. Появление и развитие беспилотных лета­ тельных аппаратов не снижают роли пилотируемых авиационных информаци­ онно-управляющих комплексов как систем, обладающих автономностью, мно­ гофункциональностью и оперативностью принятия решений при изменении условий функционирования и выполняемых задач.

Вряде стран (США, Израиль, Китай, Швеция, Бразилия) ведутся конструк­ торские разработки авиационных информационно-управляющих комплексов но­ вого поколения. Фактически речь идет о создании многоцелевого летательного аппарата, решающего многочисленные задачи разведки и управления в интере­ сах всех видов ВС, а также пограничной службы, службы наркоконтроля, кон­ троля чрезвычайных ситуаций (ледовой обстановки, разливов рек, состояния нефте- и газопроводов, аварий и катастроф) и т. п. Такие комплексы будут ча­ стью общегосударственной информационной системы [1,9].

Особо важную роль информационно-управляющие комплексы играют при решении оборонных задач. Основной тенденцией развития таких комплексов является использование новейших революционных технологий, особенно в ра­ диоэлектронике, микроэлектронике, а в последнее время, в нанотехнологиях, что позволяет значительно повысить ТТХ комплексов и обеспечить возмож­ ность выполнения принципиально новых функциональных задач.

Современные военные доктрины рассматривают использование револю­ ционных технологий в военном деле как обязательное условие обеспечения противодействия любому возможному противнику на земле, в воздухе, на мо­ ре, в космосе и в информационной среде. При этом информационное превос­ ходство над противником является решающим фактором успеха.

Другой важнейшей причиной развития военных технологий является ост­ рая конкуренция в политической и экономической областях между отдельными

высокоразвитыми в техническом отношении странами и объединениями стран, что предполагает борьбу за рынки высокотехнологичного оборудования и сбы­ та оружия. Наряду с боевой эффективностью комплексов решающее значение в борьбе за рынки имеет стоимость жизненного цикла.

Основным направлением развития информационно-управляющих комплек­ сов как ключевого средства борьбы за информационное превосходство над противником является интегрирование всех информационных датчиков в еди­ ную систему с использованием методов искусственного интеллекта и способов адаптивного управления. Интегрирование различных датчиков, расположен­ ных как на одной платформе, так и на нескольких различных платформах, в единый комплекс позволяет значительно расширить возможности по сравне­ нию с отдельными системами и повысить их эффективность (устойчивость) в условиях противодействия противника [1].

Интеграция - основной путь обеспечения многофункциональности ком­ плексов. Рост числа функций, решаемых задач, сложность и информационная насыщенность каждой из них дает возможность применения все более изо­ щренных и эффективных оперативно-тактических действий и приемов.

Задача обеспечения многофункциональности решается не только при ин­ теграции разнообразных взаимодополняющих датчиков, в том числе работаю­ щих на различных физических принципах, но и при соответствующей структу­ ре комплекса.

В аппаратно-интегрированных комплексах структура состоит из набора унифицированных по отношению к функциональным задачам аппаратных и программных модулей, что позволяет не только оптимально использовать рас­ полагаемые ресурсы (структурные, вычислительные, энергетические) для ре­ шения различных функциональных задач, но и наращивать число задач и ТТХ путем замены модулей и увеличения их числа.

Необходимость интеграции средств непрерывного контроля (мониторин­ га) воздушной, наземной и надводной обстановки обусловлена также тесным взаимодействием всех видов и родов ВС при ведении боевых действий как на оперативно-тактическом, так и на стратегическом уровнях. При этом интегри­ рованные многофункциональные информационно-управляющие системы рас­ сматриваются как часть реализации концепции компьютеризированной среды боевых действий, в которой информационно-управляющие системы объедине­ ны с боевыми средствами при помощи интеллектуальной сети управления и системы передачи данных [7, 8].

В настоящее время в качестве авиационных информационно-управля- ощих комплексов в США используются различные самолеты разведки и управления: S-3A (надводная обстановка), Е-2, Е-3 (воздушная обстановка) и 3-8 (наземная обстановка), объединенные в систему при помощи многоплатформенного комплекса передачи данных. Главной целью информационно-

управляющих систем являются оценка воздушной, воздушно-космической, на­ земной и надводной обстановки в зоне ответственности, распознавание наме­ рений противника и управление своими силами и средствами.

Существующие авиационные информационно-управляющие комплексы (Е-2, Е-3, Е-8) уникальны по своим боевым возможностям и оптимизированы для выполнения определенного ограниченного числа оперативно-тактических задач. Основным информационным средством этих комплексов являются бор­ товые РЛС, специализированные для решения соответствующих задач. Вслед­ ствие сверхбольшой стоимости создания и всего жизненного цикла они явля­ ются комплексами «долгой жизни». Созданные более 20 лет назад они непре­ рывно подвергались модернизации. Прежде всего модернизируются БРЛС и бортовые процессоры, как наиболее быстро развивающиеся и, соответственно, быстро морально устаревающие. Так, например, в комплексах Е-2 с 1960 г. произошла смена пяти поколений БРЛС (AN/APS-96, 120, 125, 138, 139, 145), что позволило решать все больше новых задач (например, выполнять обнару­ жение низколетящих целей на фоне земной поверхности) и значительно улуч­ шить ТТХ, особенно в сложной помеховой обстановке.

В то же время основные принципы построения (технический облик) БРЛС оставались неизменными. Это надфюзеляжная антенна с равномерным механическим сканированием для обеспечения кругового обзора, диапазоны волн и основная специализация по функциональному предназначению (комплек­ сы Е-2, Е-3).

Более поздний по времени разработки (1985 г.) комплекс Е-8 использует вдольфюзеляжную (в подвесном контейнере) антенну типа ФАР с секторным об­ зором. Его модернизация ведется прежде всего для повышения эффективности обнаружения и распознавания наземных неподвижных и движущихся целей.

Примером планирования модернизации и разработки систем разведки, оповещения и управления служит программа МС2А (интегрированная, управ­ ления и контроля, авиационная) на многофункциональном самолете Е-10А Бо­ инг 767-400ER.

Комплекс МС2А рассматривается как центральная часть единой интегри­ рованной системы управления боевыми действиями ВМС2. Центральной ча­ стью комплекса является разведывательный самолет с параллельной реализа­ цией функций управления войсками и оружием на основе полученной разведы­ вательной информации.

Система командования (управления и контроля) войсками ВМС2 интег­ рирует все подсистемы (датчики) при помощи центрального процессора, бан­ ка данных, процессора данных, системы связи и линии передачи данных. Многоплатформенная система связи и передачи данных объединяет авиаци­ онные и наземные командные пункты, ведущие наземные операции, достав­ ляет данные разведывательных комплексов авиационного и космического ба-

зирования и беспилотных летательных аппаратов. При этом самолет Е-10 станет своего рода концентратором, объединяющим потоки разнородной ин­ формации от различных разведывательных систем. Программное обеспече­ ние, предназначенное для анализа и визуализации, позволит оценивать обста­ новку и управлять имеющимися ресурсами и, как следствие, планировать полномасштабную военную операцию. Для эффективного решения данной задачи, а также для сокращения времени доведения команд до непосредст­ венных исполнителей предполагается оборудовать самолет системой связи с интерфейсами сопряжения со всеми существующими и разрабатываемыми боевыми единицами [9].

Программа Е-10А предполагает поэтапное (эволюционное) развитие ком­ плексов МС2А.

На первом этапе главное внимание уделяется обеспечению обнаружения воздушно-космических целей, в том числе баллистических ракет, в интересах противокосмической обороны. Важнейшей задачей считается повышение эф­ фективности селекции движущихся наземных целей. Для этого предполагается использование РЛС с АФАР двух диапазонов (к = 3 смпХ= \0 см).

В структуре МС2А предполагается поэтапная модернизация подсистем, (прежде всего БРЛС) и введение новых подсистем (лазерных и инфракрасных). Планируется также разработка интерфейсов для прямого сопряжения с датчи­ ками разведывательных БЛА и РЛС космического базирования.

На текущий момент ведется подготовка самолета для установки на нем полноразмерного варианта аппаратуры БРЛС и проверки ее функционирования в режиме масштабного поиска наземных целей, а также поиска, обнаружения и сопровождения крылатых ракет.

Несмотря на все преимущества этой перспективной системы, США с 2007 г. отказалось от ее дальнейшего полномасштабного финансирования из-за боль­ ших расходов. В данный момент продолжается только финансирование работ по созданию уменьшенного варианта БРЛС для БЛА «Глобал Хок». Результаты НИОКР про программе МС2А в дальнейшем планируется использовать для по­ следующей модернизации самолетов Е-8.

Рассматривается создание многопозиционных БРЛС и многоплатформен­ ных датчиков и систем передачи данных.

Кроме многофункциональных авиационных комплексов, комплексов кос­ мического базирования и беспилотных летательных аппаратов, возможно при­ менение аэростатных комплексов дозора и разведки, а также комплексов, уста­ новленных на автономных стратосферных дирижаблях [4].

При построении системы разведки, оповещения и управления необходимо выполнить ряд противоречивых требований [1].

1. Элементы системы должны быть мобильными и способными к развер­ тыванию на угрожаемых направлениях в кратчайшие сроки, в том числе в рай­ онах со слабо развитой инфраструктурой.

2.Система должна обеспечивать длительную (в течение нескольких меся­ цев) непрерывную работу в дежурном режиме. При работе в этом режиме за­ траты на эксплуатацию должны быть минимальными.

3.Система должна многократно увеличивать уровень своей эффективно­ сти при переходе в боевой режим.

4.Должен обеспечиваться высокий уровень боевой устойчивости системы. Основным источником информации в многофункциональных комплексах

разведки, оповещения и управления является БРЛС, модернизация и разработ­ ка которой требует применения передовых революционных технологий [2].

Анализ возможностей и эффективности основных направлений модерни­ зации существующих и разработка новых БРЛС требуют учета большого числа тактических и технических характеристик как БРЛС в целом, так и отдельных узлов, прежде всего антенных систем [3].

В качестве показателей эффективности различных вариантов модерни­ зации и разработки БРЛС обычно используют возможность решения новых тактических задач, повышение ТТХ, а также снижение стоимости жизненного цикла и повышение экспортного потенциала.

Среди новых функций и задач БРЛС особо важными являются сле­ дующие.

Многофункциональность, т. е. выполнение одновременно либо с заданной частотой обращения, задач разведки, оповещения и управления. При этом ре­ шаются задачи наблюдения (обнаружения, определения местоположения, рас­ познавания и контроля функционального состояния) в заданном районе одно­ временно воздушных, наземных и надводных целей. Многофункциональность комплекса предполагает также решение задач РЭБ, навигации, связи и госо­ познавания путем реконфигурации аппаратурной части и программного обес­ печения.

Обеспечение наблюдения с высокой эффективностью малоразмерных целей и целей с искусственно сниженной заметностъю (технология СТЭЛС). Такими целями могут быть не только воздушные (В-2), но и морские, и на­ земные цели.

Наблюдение воздушно-космических целей на больших дальностях и высо­ тах, скоростных и сверхманевренных летательных аппаратов.

Обнаружение замаскированных наземных целей (искусственные маскиро­ вочные покрытия, полог леса, лесопосадки вдоль дорог, слой почвы и расти­ тельности). Измерение микрорельефа подстилающей поверхности в районе расположения целей.

Распознавание класса и типа заданных воздушных, морских и наземных целей, в том числе групповых целей, вертолетов, а также ложных целей (надув­ ные макеты целей, ловушки, уголковые отражатели и т. п.), определение функ­ ционального состояния оперативных и стратегических целей (маневр, пуск

ракет). Различение низколетящих целей и движущихся наземных целей. Распо­ знавание «свой-чужой».

Обнаружение, определение координат и распознавание радиоизлучающих объектов, целеуказание средствами РЭП.

Решение комплексных задач:

1) целеуказание и коррекция зенитных управляемых ракет при наведении на цели, летящие ниже радиогоризонта наземной РЛС;

2)управление беспилотными ЛА;

3)контроль выполнения боевой задачи, оценка боевых потерь;

4)обнаружение мест катастроф и аварий транспортных средств;

5)контроль воздушной, наземной и морской обстановки в районах неох­ раняемых сухопутных и морских границ (наркотрафик, контрабанда, браконьзрство, нелегалы);

6)поддержка антитеррористической деятельности;

7)контроль техногенных объектов;

8)контроль последствий экологических катастроф;

9)обеспечение противоракетной обороны комплекса.

При этом также выполняются все функциональные задачи существующих информационно-управляющих комплексов.

Повышение тактико-технических характеристик при модернизации комплекса направлено на достижение следующих результатов.

1. Увеличение дальности обнаружения низколетящих наземных и надвод­ ных целей вплоть до радиогоризонта (400 км при высоте полета носителя РЛС 9 км), а также загоризонтных целей до дальности прямой видимости с высокой вероятностью правильного обнаружения (Рп о - 0,9...0,95). При высотах полета носителя РЛС и воздушной цели, равных 9 км, дальность прямой видимости доставляет 800 км.

Увеличение дальности может быть достигнуто за счет использования АФАР с большой площадью и средней мощностью, увеличения времени когезентного накопления сигнала как в круговом обзоре (оценка воздушной обста­ новки), так и в узких (приоритетных) секторах. Переход к длинноволновым -.-, Р-диапазонам уменьшает потери энергии в дожде и в тракте РЛС и уровень отражений от подстилающей поверхности, а также увеличивает ЭПР целей, особенно малоразмерных и малозаметных. Дополнительное повышение даль­ ности обнаружения может быть достигнуто при использовании алгоритмов (слежения до обнаружения» и последовательного обнаружения.

2. Формирование программируемого обзора по азимуту (круговой, сек­ торный, многолучевой, телескопический) и однострочного со сканированием по углу места для обеспечения приоритетности направления обзора, а также регулирование времени обращения к цели. Использование БРЛС с антенной типа ΑΦ АР позволяет решать эти задачи.

3.Увеличение зоны ответственности во всем диапазоне дальностей обна­ ружения целей (без слепых зон) и круговом обзоре по азимуту (без затенения элементами конструкции ЛА). Решение этой задачи БРЛС возможно в режиме НЧП L-, Р-диапазоны и использование длинной вдольфюзеляжной АФАР на ЛА с верхним относительно фюзеляжа расположением двигателей, крыла и хвостового оперения, например, А-40, А-42.

4.Оптимизацию (программирование) времени обзора и когерентного на­ копления сигналов в зависимости от решаемой задачи (дальнее обнаружение в секторе, круговой обзор, сопровождение целей, в том числе сверхманевренных,

взаданных секторах, синтезирование апертуры по воздушным и наземным це­ лям). Использование АФАР, высокопроизводительных процессов и алгоритмов длительного наблюдения (синтезирования апертуры с автофокусировкой) мо­ жет решить эти задачи.

5.Повышение разрешающей способности и точности измерения коорди­ нат для обеспечения распознавания целей по их радиолокационному изобра­ жению, разрешения целей в группе, обнаружения малоразмерных наземных целей и точного целеуказания путем привязки РЛИ цели к цифровой карте местности.

Повышение разрешающей способности и точности по дальности обеспе­ чивается использованием широкополосного зондирующего сигнала, а по ази­ муту - применением антенны большого размера и синтезирования апертуры антенны.

Повышение точности измерения высоты полета цели и микрорельефа мест­ ности возможно в бистатическом режиме (интерферометрический режим РСА).

Повышение разрешения и точности по радиальной скорости цели обеспе­ чивается путем увеличения времени когерентного накопления сигнала, воз­ можно, с автофокусировкой. Неоднозначность измерения скорости в режиме НЧП устраняется перестройкой несущей частоты в 2-3 соседних интервалах когерентного накопления сигналов, а также слежением за изменением дально­ сти цели от обзора к обзору.

6.Увеличение максимальной радиальной скорости цели при решении за­ дач обнаружения (селекции) и однозначного измерения скорости цели. Исполь­ зование Р-диапазона волн и слежение по траектории при высоком разрешении по дальности и скорости решают эту задачу.

7.Уменьшение минимальной радиальной скорости цели при решении за­ дач селекции и распознавания низколетящих и движущихся наземных целей. Использование пространственно-временной обработки при наличии АФАР, а также измерение вектора скорости цели (радиальной и тангенциальной состав­ ляющих) решают эти задачи.

8.Обеспечение сопровождения всех обнаруженных целей в зоне ответст­ венности комплекса. При программируемом обзоре ограничение числа сопро-

вождаемых целей определяется в основном производительностью процессора обработки данных.

9. Повышение скрытности и помехоустойчивости комплекса. Скрытность излучения и помехоустойчивость БРЛС может быть повышена за счет испольювания многочастотных сигналов с большим коэффициентом сжатия и боль­ шим временем когерентного накопления, а также использования двух-много- позиционной работы. БРЛС с АФАР позволяет формировать нули диаграммы направленности на источники помех, а также осуществлять РЭП систем РТР противника, что препятствует формированию эффективных помех.

Важнейшим направлением развития комплексов разведки, оповещения и управления являются повышение боевой эффективности и снижение стои­ мости жизненного цикла [5].

Боевую эффективность комплекса, наряду с обеспечением многофунк­ циональности и повышением ТТХ, определяют следующие факторы.

1. Устойчивость к боевым повреждениям и отказам. Устойчивость обеспешвается за счет многократного резервирования благодаря модульной конструкции аппаратуры и программного обеспечения, использования интегрированных модулей и возможностей реконфигурации структуры комплекса при огказах и боевых повреждениях отдельных модулей для обеспечения заданных режимов функционирования, возможно, с меньшей эффективностью.

2.Использование ЛА и аэродромов среднего класса, а также унифицированных ЛА сухопутного и морского базирования (например, А-40, А-42).

3.Внешняя скрытность ЛА комплекса, что достигается путем использования конформных антенн и ЛА без специальных надстроек.

4.Большое время патрулирования и возможность дозаправки в полете. Использование группы комплексов.

5.Автоматизация управления комплексом и боевого управления, что сни­ кает необходимое число операторов на борту.

6.Информационная безопасность и технологическая независимость, что обеспечивается при использовании имеющихся в наличии компонентов отечетвенной элементной базы и программного обеспечения.

7.Возможность непрерывной, в течение всего жизненного цикла, модермзации комплекса, что обеспечивает использование открытой модульной аритектуры аппаратуры и процессоров.

Уникальность и исключительно высокая стоимость жизненного цикла су­ ществующих комплексов резко ограничивают возможности их массового применения и снижают рыночную привлекательность.

Снижение стоимости жизненного цикла является одним из основных наравлений развития комплекса, что повышает рыночную привлекательность и онкурентоспособность.

Снижение стоимости разработки и производства достигается за счет спользования интегрированных аппаратурных и вычислительных модулей.

Применение конформных АФАР на серийных (не специализированных) ЛА среднего класса также резко снижает стоимость разработки комплекса.

Снижение стоимости эксплуатации достигается за счет повышения на­ дежности модулей и ремонтопригодности комплекса. Предполагается эксплуа­ тация комплекса «по состоянию», при которой используется развитая автома­ тическая полетная и послеполетная диагностика вплоть до конкретного моду­ ля. Восстановление работоспособности комплекса достигается за счет простой замены модуля без дополнительных проверок и регулировок, что снижает тре­ бования к объему регламентных и ремонтных работ, к числу и квалификации обслуживающего персонала.

Стоимость модернизации значительно снижается при ее выполнении пу­ тем замены на новые, перспективные унифицированные и специализирован­ ные модули.

Можно считать, что основные направления модернизации без изменения технического облика комплекса к настоящему времени в значительной степе­ ни исчерпаны. В то же время растут требования как по решению новых так­ тических задач, так и по значительному повышению ТТХ комплекса. Возни­ кает необходимость коренного изменения облика комплекса, прежде всего БРЛС, типа антенной системы и диапазона рабочих частот. Фактически речь идет о создании нового комплекса как по принципам построения, так и по выполняемым задачам.

В настоящее время ведутся интенсивные исследования по созданию ново­ го поколения авиационных информационно-управляющих систем [6]. Можно отметить систему раннего предупреждения и управления MESA на борту само­ лета БОИНГ-707. Антенна типа ФАР, выполненная в виде гребня над фюзеля­ жем, обеспечивает программируемый обзор от кругового до узкого секторного со временем сканирования от 3 до 40 с. Комплекс обеспечивает контроль воз­ душного (самолеты, крылатые ракеты, вертолеты) и надводного (патрульные катера, фрегаты) пространства с целью поддержки с воздуха тактических на­ земных и морских сил. Решаются задачи ПВО, раннего предупреждения и за­ воевания превосходства в воздухе. Возможно выполнение гражданских задач. БРЛС MESA объединена с системой госопознавания. Главное достоинство комплекса - значительное снижение затрат на весь жизненный цикл, обеспече­ ние коммерческой привлекательности.

На примере БРЛС MESA и других разработок прослеживаются основные

направления разработки технического облика БРЛС:

использование конформных антенн типа ФАР большой площади с про­ граммируемым обзором;

переход на активные ФАР, увеличение средних мощностей; использование длинноволновых L-, Р-диапазонов с модулями эффектив­

ной элементной базы;

открытая модульная архитектура радиоэлектронных и вычислительных систем, высокая надежность, устойчивость к отказам;

резкое снижение стоимости жизненного цикла всего комплекса.

Многофункциональность комплекса обеспечивается интеграцией сред­ ств, работающих на различных физических принципах. Совместно с БРЛС сис­ темы радио и радиотехнической разведки решают задачи скрытного обнаруже­ ния, оценки местоположения, распознавания и определения функционального состояния радиоизлучающих наземных, воздушных и надводных объектов. Оп­ тико-электронные системы обеспечивают обнаружение и сопровождение вы­ сотных воздушных и воздушно-космических целей на больших дальностях с высокой помехозащищенностью.

Системы госопознавания обеспечивают распознавание своих объектов и определение их параметров.

Одновременное наблюдение при помощи РЛС как воздушных, так и на­ земных (морских) целей обеспечивается аппаратурной и программной инте­ грацией путем создания модульной распределенной архитектуры - архитекту­ ры АФАР, вычислительных средств и программного обеспечения.

Наличие многофункциональности обеспечивает интеллектуализацию ком­ плекса (возможность эффективно функционировать в непредусмотренных ранее условиях) путем создания и непрерывного обновления за счет опыта пре­ дыдущей работы банков данных и знаний.

Выполняется важнейшее требование к многофункциональному авиационному комплексу разведки, оповещения и управления - снижение (в несколько раз) стоимости всего жизненного цикла (стоимости приобретения, эксплуатации и модернизации) по сравнению с существующими комплексами (Е-3, Е-8) и, как следствие, значительное повышение рыночной привлекательности.

7.2. Тактико-технические характеристики бортовых радиолокационных систем перспективных комплексов

Радиолокационная система многофункционального комплекса должна обеспечивать решение большого числа разнородных задач, часть из которых является особо сложной и новой, что предъявляет ряд высоких требований к аппаратурной части и программному обеспечению БРЛС перспективных комплексов [3].

В режиме контроля воздушного (воздушно-космического) простран­ ства новыми задачами являются следующие.

1. Обнаружение: 1)ЛА, выполненных по технологии СТЭЛС вплоть до дальности прямой видимости; 2) воздушно-космических объектов на больших