Не только видеть, но и слышать

Перспективы развития акустических информационных систем ПВО выглядят обнадеживающе

 

Александр ХРАМИЧЕВ,

кандидат технических наук, старший научный сотрудник

Анатолий КОЗЛОВ,

кандидат технических наук, доцент

Артур БЕЛОВ,

кандидат технических наук

 

Акустические радары начали использоваться с появлением первых самолетов и получили широкое применение в Первой и Второй мировых войнах. В настоящее время эта техника переживает второе рождение. С учетом возрастания роли малозаметных и маловысотных целей (крылатые ракеты, беспилотные летательные аппараты, вертолеты, самолеты тактической авиации) актуальность создания автономных акустических информационных систем будет только возрастать.

 

В основе конструкции акустических радаров первого поколения лежали направленные акустические антенны, от которых усиленный сигнал по волноводам передавался к приемнику излучения – оператору-акустику.

Меняя направление акустической антенны, оператор по максимуму излучения определял азимут и угол места пеленгуемой цели, а по частотным особенностям акустического излучения определял тип цели.

Наряду с акустическими радарами в конце 1930-х годов активно стали развиваться радиолокационные системы. В Англии, основную угрозу населения которой представляли налеты немецкой авиации, в начале 1940-х годов на вооружении ПВО были поставлены первые РЛС.

Однако одновременно с развитием радиолокации стали появляться средства РЭБ, и в 1943 году Англия приняла решение о продолжении использования акустических информационных средств, имеющих меньшую дальность обнаружения, но более высокую помехозащищенность.

Создание и успешное развитие с конца 1930-х годов прошлого века радиолокационных информационных средств ПВО показало их существенный выигрыш в дальности обнаружения воздушных целей и точности определения координат, что и предопределило их применение в качестве основных средств воздушной разведки после второй мировой войны.

К акустическому диапазону при создании разведывательно-информационных систем вернулись лишь в начале 1960-х годов при разработке для сухопутных войск США систем на основе разведывательно-сигнализационных приборов (РСП), которые были успешно испытаны в ходе боевых действий в Корее и нашли широкое применение во время войны во Вьетнаме.

В последнее десятилетие повышенный интерес проявляется к акустическим системам, предназначенным для обнаружения низколетящих вертолетов и уже апробированным в сухопутных войсках США, Франции и Израиля.

К примеру, MANPAC-100 (США) обеспечивает обнаружение, распознавание и определение направления и угла места низколетящих вертолетов, винтовых самолетов и дистанционно управляемых беспилотных летательных аппаратов. Система предназначена для использования в передовых подразделениях ПВО, вооруженных ПЗРК «Стингер».

А BACH (Balise Acoustique Classification Helicoptere, Франция) может применяться как отдельный акустический РСП или в группе, образующей барьер. Система обеспечивает 95-процентное автоматическое распознавание десяти типов вертолетов, акустические сигнатуры которых заложены в запоминающее устройство РСП.

Прибор имеет массу 13 кг, размеры 33х33х33 см, автономность 15 суток и обеспечивает обнаружение легких вертолетов в нормальных погодных условиях на расстоянии 2-5 км, тяжелых – до 12 км (при сильном ветре – до 4 км), а также их пеленгование в зависимости от расстояния с точностью 2-20°.

Израильский HELISPOT включает акустический РСП (размещается на мачте, установленной на земле или транспортном средстве), который обеспечивает обнаружение, распознавание и пеленгование низколетящих вертолетов и БЛА на дальности 3 км с точностью до 3°. РСП снабжен микрофоном и электронным классификатором, определяющим тип цели по спектру принимаемого акустического сигнала.

ROAD, также созданный в Израиле, использует акустический РСП, обеспечивающий обнаружение средних вертолетов на расстоянии 1-2 км, больших – до 2,7 км и в режиме зависания на малых высотах – 2,5-3 км.

Кроме того, в Польше в 2012 году закончены испытания противовертолетной мины, инициируемой по акустическому излучению и предназначенной для создания рубежей автоматического уничтожения низколетящих вертолетов на опасных направлениях. Использование таких мин принуждает вертолеты занимать эшелоны выше 150 м, делая их уязвимыми для средств ПВО малой дальности.

Настоящим прорывом в развитии акустических информационных систем была разработка голландской компании Microflown Avisa (инновационные акустические векторные сенсоры AVS (Acoustic Vector Sensor) для обнаружения и локализации выстрелов стрелкового оружия, огня артиллерии, шума летательных аппаратов и наземных транспортных средств). AVS может не только измерить звуковое давление (типичное измерение, проводимое с использованием микрофонов), но также выдает скорость его изменения.

Датчик AVS базируется на технологии Mems (микроэлектромеханические системы) и измеряет скорость воздуха через две крошечные, резистивные полоски платины, нагревающиеся до 200° C. Точность, получаемая с использованием датчиков AVS, на порядок превышает аналогичные результаты, полученные с использованием традиционных микрофонов.

Ранее в информационных системах местоположение цели определялось по запаздыванию сигнала (TDOA – Time Delay of Arrival) за счет использования антенной решетки из четырех микрофонов, расположенных в ортогональных плоскостях, что позволяло определить координаты цели на плоскости (2D). Использование датчиков AVS позволяет решать задачу обнаружения целей в трехмерном пространстве без построения антенной решетки в пространстве.

AVS имеет компактный размер (1 см), небольшой вес (100 граммов) и малую мощность (<2 ватта), что делает возможным их установку на различных подвижных платформах, включая вертолеты, БЛА, носимые комплекты и др.

Акустические сенсоры AVS позволили разработать целый ряд принципиально новых систем вооружения наземного, авиационного и морского базирования.

Проведенные компанией Microflown Avisa эксперименты по обнаружению низколетящих вертолетов, БЛА, винтовых и реактивных самолетов, а также крылатых ракет показали возможность не только их устойчивого обнаружения, но и достоверного распознавания типа воздушной цели.

В 2014 году армейской исследовательской лабораторией США ARL (Army Research Laboratory) в рамках работы «Acoustic Detection and Tracking of a Class I UAS with a Small Tetrahedral Microphone Array» были проведены успешные экспериментальные исследования по обнаружению и сопровождению беспилотных летательных аппаратов по их акустическому излучению с использованием компактной четырехгранной микрофонной антенной решетки.

В 2015 году «Acoustical Society of America» опубликовало результаты использования методов пассивной акустической локации при обнаружении небольших летательных аппаратов «Passive acoustic localization of small aircraft».

Технологическим институтом Стивенса (Нью-Джерси) была разработана сейсмоакустическая система ASAD (Acoustic Seismic Aircraft Detection) в составе двух полевых станций на базе 5-микрофонных акустических антенных решеток с блоками оцифровки и передачи данных по линии Wi-Fi на станцию обработки сигнальной информации.

Основной целью разработки являлся контроль полетов маловысотных воздушных целей в зонах, где применение радиолокационных средств затруднено (горные ущелья и др.).

Система ASAD продемонстрировала возможность обнаружения, сопровождения и классификации легкомоторных самолетов типа Cessna, вертолетов и сверхлегких самолетов в условиях горной местности.

Особый интерес использование акустических информационных систем представляет для обнаружения маловысотных и малозаметных целей, выполненных по технологии «стелс», в горной местности, где большое число углов закрытия и сложность рельефа не позволяют размещать традиционные радиолокационные и оптические локаторы.

В ЦНИИ Войск воздушно-космической обороны Министерства обороны Российской Федерации в 2009 году был разработан акустический измерительный комплекс «Фонон», позволяющий проводить измерения акустического излучения различных типов целей и фонов.

Создан банк данных акустических сигнатур, охватывающий большое количество отечественных и зарубежных летательных аппаратов различных классов, а также типовых фонов в различных климатических, сезонных и рельефных условиях, включая горную местность.

Особое внимание было направлено на проведение поиска методов повышенной помехозащищенности акустических информационных систем в условиях интенсивной ветровой нагрузки.

Проведенные исследования позволили разработать и запатентовать ряд методов и устройств в интересах обнаружения воздушных целей в условиях интенсивных помех. В частности, устройство акустического обнаружения и распознавания летательных аппаратов, макет которого был представлен в 2014 году на коллегии Министерства обороны.

В 2016 году макет получил медали на XIX Московском международном Салоне изобретений и инновационных технологий «Архимед-2016» и ХХ Международной выставке «Interpolitex».

Устройство акустического обнаружения и распознавания летательных аппаратов предназначено для обнаружения крылатых ракет и низколетящих малозаметных воздушных целей в интересах обеспечения создания полосы оповещения об их пролете и передачи сигналов предупреждения для районов со сложным (горным, гористым) рельефом.

Актуальность использования акустических обнаружителей обусловлена следующим:

необходимостью увеличения рубежей автоматического обнаружения и распознавания маловысотных и малозаметных целей в горной местности;

возможностью оперативного и скрытого создания рубежей обнаружения низколетящих малозаметных целей на опасных направлениях при ведении локальных конфликтов.

Фактически автоматические акустические обнаружители позволяют оперативно создавать рубежи предупреждения о пролете КР и других маловысотных и малозаметных целях в угрожаемый период на наиболее опасных направлениях.

В состав макета устройства акустического обнаружения входят акустическая антенная решетка, блок преобразования информации, система сопряжения и блок обработки информации в реальном масштабе времени.

Экспериментальная отработка макета позволила получить следующие основные результаты:

разработана структура и принципы построения цифрового акустического обнаружителя;

получено экспериментальное подтверждение возможности обнаружения и сопровождения таких маловысотных целей, как крылатые ракеты, БПЛА, вертолеты различных классов;

предложен адаптивный алгоритм обнаружения целей с повышенной помехозащитой за счет учета текущих ветровых нагрузок;

оптимизирована канальность, конфигурация и технические характеристики акустической антенной решетки исходя из характеристик акустического излучения целей и фонов;

создана новая концепция построения модуля автономного электропитания, позволяющего обеспечить непрерывное функционирование системы в сложных погодных условиях длительное время.

Разработка нового поколения автоматического акустического обнаружителя маловысотных целей с автономным круглогодичным питанием, обеспечивающим высокую помехозащищенность и скрытность работы, может быть положена в основу создания целой серии разведывательно-сигнализационных приборов, способных решать задачи увеличения рубежей обнаружения маловысотных целей в горной местности за счет создания вынесенных полос оповещения об их пролете с определением их типа, координат и скорости полета.

С учетом возрастания роли малозаметных и маловысотных целей (крылатые ракеты, беспилотные летательные аппараты, вертолеты, самолеты тактической авиации) актуальность создания автономных акустических информационных систем будет только возрастать.

Автономные акустические информационные системы могут успешно обнаруживать беспилотные летательные аппараты в полете на предельно малых высотах

 

Related Posts