Верба В.С. Авиационные комплексы радиолокационного дозора и наведения. Состояние и тенденции развития. 2008

Подождите немного. Документ загружается.

ГЛАВА 7

ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ИНТЕГРИРОВАННЫХ АВИАЦИОННЫХ

ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИХ КОМПЛЕКСОВ

7.1. Направления модернизации и развития

информационно-управляющих комплексов

В настоящее 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.

В ряде 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 многоплат-

форменного 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, браконь-

зрство, 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 (Р

по

- 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 коге-

зентного 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,

в заданных 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 исполь-

ювания 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 обеспе-

швается за счет многократного резервирования благодаря модульной конст-

рукции аппаратуры и программного обеспечения, использования интегриро-

ванных 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 унифициро-

ванных ЛА сухопутного и морского базирования (например, А-40, А-42).

3. Внешняя скрытность ЛА комплекса, что достигается путем использова-

ния 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 отече-

твенной элементной базы и программного обеспечения.

7. Возможность непрерывной, в течение всего жизненного цикла, модер-

мзации комплекса, что обеспечивает использование открытой модульной ар-

итектуры аппаратуры и процессоров.

Уникальность и исключительно высокая стоимость жизненного цикла су-

ществующих комплексов резко ограничивают возможности их массового при-

менения и снижают рыночную привлекательность.

Снижение стоимости жизненного цикла является одним из основных на-

равлений 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 ра-

нее условиях) путем создания и непрерывного обновления за счет опыта пре-

дыдущей работы банков данных и знаний.

Выполняется важнейшее требование к многофункциональному авиацион-

ному 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 ком-

плексов [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