Навигационное оборудование, бортовые информационно-управляющие системы для подвижных объектов.

Одним из направлений, которым занимается наше предприятие совместно с ООО «НПО «Прогресс» — разработка и адаптация к условиям Министерства Обороны РФ навигационного оборудования.Принятая программа перевооружения и ФЦП «Развитие оборонно-промышленного комплекса на 2011–2020 годы» направлены на создание наиболее перспективных образцов вооружения. Инновационные решения для проблемы переоснащения Вооруженных Сил Российской Федерации самыми современными видами бронетанкового вооружения (БТВТ) могут быть достигнуты как благодаря наиболее глубокой модернизации образцов, которые уже существуют, так и за счет перевооружения разработанными перспективными образцами, путём доведения их параметров до заданных значений требуемых тактико-технических характеристик (ТТХ).

Для эффективного выполнения поставленных боевых задач бронетанковыми средствами, новая техника должна быть оснащена самыми современными информационно-навигационными системами, которые в дальнейшем должны будут работать в едином информационно-навигационном поле авиации, Сухопутных войск, а также средств противовоздушной обороны, и будут встроены в единую систему управления тактического звена (ЕСУ ТЗ «Созвездие М2»).
В США после анализа концепции по созданию специализированной танковой информационно-управляющей системы (ТИУС), которая была признана бесперспективной, перешли к разработке единой системы типа FBCB-2 EPLRS.

Необходимо признать, что разработчики отечественных подобных комплексов, по множеству причин (в большей степени экономического плана), не могли за последние несколько лет предложить чего-то подобного ни ТИУС, ни системе FBCB-2 EPLRS, кроме, разве что, модернизации танковой навигационной аппаратуры ТНА-4. На данный момент для замены устаревшей ТНА-4 предлагается семейство навигационной аппаратуры — это системы «Гамма», «Гамма-1», а также «Гамма-2».
Семейство навигационной аппаратуры «Гамма» — это современная навигационная система, обеспечивающая боевое управление самоходной артиллерией, танками и подвижными объектами сил ПВО и ракетных войск. «Гамма-1» относится к системам средней степени точности для оснащения командирских машин в бронетанковых подразделениях. «Гамма-2» — это более массовая навигационная аппаратура, предназначенная для оснащения всех видов линейных подвижных объектов, относящихся к сухопутным войскам (БТР, БМП, танков и автомобилей).

Анализ функциональных возможностей и технических характеристик аппаратуры системы «Гамма» демонстрирует, что на момент 2012 года эти системы существенно отстают от существующих передовых образцов и требований по таким параметрам, как время готовности к работе, точность определения места расположения и навигации от оборудования потенциальных противников.
Наше предприятие в инициативном порядке проводит работу по адаптации под современные требования МО РФ изделия ГАЛС-Д1М, ГАЛС-Д2М, ГАЛС-М1М, и другие, с аналогичными задачами.
Представляем сравнительный анализ основных параметров бортовой навигационной аппаратуры с параметрами изделия ГАЛС-Д2М, которое подробно рассматривается здесь и разработано в порядке инициативы в НПО ПРОГРЕСС. Анализ находится в таблице № 1.

Таблица № 1.

N п.п. Точность определения ТНА-4-3 «Гамма-1» «Гамма-2» ГАЛС-Д2М
1 X,Y спутниковым приемником, м нет 20-30 20-30 10-15
2 X,Y автономной системой навигации, % от пути 1,2 0,6 1,0 0,15
3 X,Y начального азимута, д.у. нет 3,4 нет 1,0
4 X,Y угла наклона, д.у. нет 3,5 3,5 0,5
5 Время готовности, мин 20 15 10 5,50


Изделие «ССГККУ» (самоориентирующаяся гироскопическая система курсокреноуказания), которое используется в составе систем аппаратуры ТНА-4 и «Гамма» — это трехосный гиростабилизатор блочно-модульного исполнения, построенный на базе системы динамически настраиваемых гироскопов. Именно устройство ССГККУ определяет характеристики точности всей навигационной аппаратуры БТВТ, оно обладает следующими характеристиками:

  • низкая чувствительность и достаточно большое время начального запуска;
  • наличие подвижных и механических деталей, что приводит к усложнению конструкции в целом;
  • низкая устойчивость к воздействию радиации и удароустойчивость, высокая потребляемая мощность;
  • достаточно высокая стоимость;
  • сравнительно небольшой срок службы.

Для улучшения параметров и функциональных возможностей существующей навигационной аппаратуры, представленный ряд навигационных изделий различных видов БТВТ нуждается в дальнейшей, ещё более глубокой модернизации, или же в замене на системы, гораздо более совершенные.

navig.r1

Рисунок 1. Внешний вид блоков изделия «ГАЛС»

Изделия «ГАЛС-Д1М», «ГАЛС-Д2М» направлены на повышение оперативных параметров и возможностей бронетехники по навигации в движении и ориентации, по прицеливанию и стабилизации системы вооружения, в том числе и по оперативным целеуказаниям, поступающим вне общего плана. В этих изделиях воплощены наиболее передовые идеи и технические решения, не уступающие существующим аналогам у потенциальных противников как в области телекоммуникационных, инерциально-навигационных, связных и информационных технологий.
Основным принципом построения данных изделий является так называемый одометрический принцип, который используется в комплексе с приемником спутниковых навигационных систем типа ГЛОНАСС/GPS, что, даёт возможность исключить потенциально накапливающиеся систематические ошибки внутри одометрического канала, а также случайные ошибки, появляющиеся в спутниковом канале. Автономный режим работы изделий возможно обеспечить за счет создания комплекса бесплатформенной инерциальной навигационной системы (БИНС) с одометрами (допплеровскими и/или механическими датчиками скорости).
Эти изделия способны работать в едином информационно-навигационном пространстве, совместно с системой вооружения и наведения в случае ведения боя или совершения марша.

При совмещении данных изделий с АВСК механик-водитель получает возможность как видеть полностью трехмерное пространственное положение подвижного объекта, а также его курс, так и наблюдать полный обзор заднего вида в момент маневрирования задним ходом на специальном устройстве отображения, что обеспечивают аналоговые камеры (всего возможно подключить до 4-х аналоговых камер). Для механика-водителя возможно обеспечение радарным блоком автоматического расчета расстояния до препятствия, находящегося впереди, что обеспечивает повышенную безопасность при движении, а также значительно повышает потенциальные возможности БТВТ.
Командир машины получает уникальную возможность оперативной работы с электронными навигационными картами в процессе движения, что намного повышает боевую эффективность как в боевых условиях, так и на марше.

С подробными характеристиками данных изделий можно познакомиться в разделе «Продукция» «Навигационное оборудование».


Универсальна портативная система целеуказания

Еще одним из направлений деятельности ЗАО «ЦНИИ «Волна» так же является разработка оптико–электронных средств, повышающих эффективность боевой работы зенитных комплексов малой дальности. Одной из разработок является универсальная портативная система целеуказания (УПСЦ), позволяющая в 1,5 – 1,8 раза повысить эффективность боевой работы сопрягаемых с ней комплексов.

УПСЦ обеспечивает автоматизированную передачу сигналов целеуказания от внешнего оператора зенитным комплексам войсковой ПВО, что значительно повышает эффективность боевой работы комплексов за счёт, в первую очередь, уменьшения времени реакции на внезапно появляющиеся воздушные цели.
Развитие вероятным противником тактических средств воздушного нападения характеризуется усилением внимания к разработке и внедрению эффективных способов и тактических приемов преодоления войск ПВО. Интенсивное применение средств радиолокационной борьбы серьезно затрудняет, а зачастую исключает возможность боевого использования радиолокационных средств обнаружения и целеуказания в системе ПВО.
Тактико-техническое обеспечение полетов средств воздушного нападения в режиме следования рельефу местности на предельно малых высотах, широкомасштабное применение боевых вертолетов с минимальным временем пребывания в зоне обнаружения, использование беспилотных летальных аппаратов и крылатых ракет с исчезающе малым радиолокационным контрастом, создают условия, при которых радиолокационные системы обнаружения и целеуказания малоэффективны и не обеспечивают своевременный ввод в бой зенитных комплексов ближнего действия. Внедрение технологии “Stealth” еще более затрудняет радиолокационное обнаружение воздушных целей.

В этих условиях оперативность визуального обнаружения с автоматизированным целеуказанием и целераспределением зенитным комплексам является чрезвычайно актуальной задачей.Предлагаемая УПСЦ разрабатывается с использованием датчика положения линии визирования (ДПЛВ), выполненного на основе способа измерения углов поворота головы оператора относительно направления вектора магнитного поля Земли, а также направления местной вертикали. Образец ДПЛВ изображён на рисунке 2.

2navig
Рисунок 2. Внешний вид ДПЛВ.

Конструкция ДПЛВ выполнена на уровне изобретения и не имеет аналогов в мире, что позволяет выполнить его в компактном сферическом корпусе, занимающим небольшой объем и позволяющим значительно уменьшить габариты и вес шлемного прицела.
Разработка УПСЦ с использованием ДПЛВ позволяет создать компактную и высокоэффективную систему визуального целеуказания и целераспределения как для находящихся на вооружении, так и для модернизированных и вновь разрабатываемых зенитных комплексов.

УПСЦ состоит из таких основных узлов и блоков:

  • шлемное изделие (ШИ) с датчиком положения линии визирования (ДПЛВ), голографическим коллиматорным прицелом (КП) и защитным светофильтром (ЗС);
  • доработанный шлемофон типа ТШ-4, снабженный узлом крепления (УК);
  • пульт управления (ПУПР);
  • комплект соединительных кабелей (КСК).

ШИ предназначено для формирования линии визирования (ЛВ) наблюдателя с помощью КП и выдачи сигналов целеуказания.
ДПЛВ служит для формирования электрических сигналов, соответствующих углам поворота головы оператора, и ,тем самым, линии визирования КП относительно векторов магнитного и гравитационного полей Земли.
ЗС служит для защиты глаз оператора от солнечного излучения.
Доработанный шлемофон с УК служит для размещения на нем ШИ, а, кроме того, для обеспечения голосовой связи наблюдателя с расчетом боевой машины.
ПУПР служит для управления УПСЦ и для преобразования электрических сигналов с ДПЛВ в телекодовую информацию для передачи её на вход аппаратуры приёма и реализации сигналов целеуказания сопрягаемого зенитного комплекса.
КСК предназначен для обеспечения электрической связи блоков, входящих в состав УПСЦ, между собой и с сопрягаемым средством ПВО СВ.

Основные технические характеристики УПСЦ:

  • дальность обнаружения целей — 3-5 км;
  • секторы обзора: по азимуту — вкруговую, по углу места — от -5° до +80°;
  • ошибка целеуказания не более 20΄ при угловой скорости сопровождения цели до 20°/сек;
  • снижение затрат на поражение цели — в 1,5 — 1,8 раза;
  • частотность применения — 0,6-0,7;
  • суммарный вес аппаратуры – не более 2,5 кг.

По уровню наукоемкости предлагаемые УПСЦ соответствует современному научно-техническому уровню. Основные модули и блоки системы выполнены на основе имеющихся 15 изобретений.

Виды предоставляемых системой услуг:

  • Повышение вероятности непропуска воздушных целей;
  • Сокращение времени поиска воздушных целей;
  • Обеспечение своевременной постановки боевых задач;
  • Выполнение оперативного целераспределения при отражении групповых налетов средств нападения с воздуха;
  • Широкое использование результатов, полученных в процессе проведения работы, в том числе при создании дистанционно управляемых роботизируемых зенитных комплексов.

Актуальность разработки подтверждена заключением ФГКУ «3 ЦНИИ» Минобороны России, а так же решением, утверждённым командованием Сухопутными войсками МО РФ.


Решения по подавлению солнечной засветки и бликов

Решая задачи по созданию оптико-электронных изделий приходиться решать проблемы защиты от световых помех.
Солнечная засветка является чрезвычайно серьёзной и мало поддающейся решению проблемой для оптических и оптико-электронных средств (ООЭС) военного и гражданского назначения. Солнечная засветка представляет собой мощный маскирующий фактор, резко снижающий контрастность и чёткость изображения объекта наблюдения или прицеливания, что особенно критично при автосопровождении цели аппаратурой ООЭС. При этом, солнечная засветка является естественной помехой, общей для всех родов войск, использующих ООЭС, и используется противником в процессе боевых действиях в первую очередь.
При попадании солнечного света на оптические элементы и диафрагму объектива, на изображение объекта наблюдения (прицеливания) накладываются блики и световая «дорожка», представляющая собой ряд переотражений диафрагмы от поверхностей линз (зеркал) объектива. При малых углах, образуемых осью объектива и осью, которая направлена на яркий объект, общий уровень бликов и переотражений может дойти до недопустимых значений, что приведёт к частичной или полной потере изображения цели.

navig3
Рис.3 Наблюдение яркого источника света через объектив.

Значительные ограничения на потенциальную возможность наблюдения максимального контраста изображения накладывает переотражение света как от стенок, так и от прочих внутренних элементов объектива ООЭС, а также рассеяние света в линзах. Ситуация ухудщается тем, что современные модели ПЗС матриц чувствительны в ближнем инфракрасном диапазоне. Соответственно, черные и матовые в видимом диапазоне спектра внутренние поверхности объектива оказываются неэффективными в инфракрасной части спектра и усиливают вредный эффект солнечной засветки. Рассеяние света в самих линзах, а также переотражения света внутри объектива внешне проявляются как ровная, дополнительная подсветка, которая уменьшает контраст изображения, а это, в свою очередь, приводит к двум негативным моментам:

  • значительно возрастает шум на темных участках изображения, это происходит из-за того, что на шум считывания выходного устройства накладывается фотонный шум паразитной подсветки, который значительно больше по величине, плюс при этом совершенно теряются темные элементы изображения.
  • происходит явно заметное «расширение» границ наиболее ярких объектов, расширенные границы как бы маскируют близлежащие темные объекты и не позволяют их наблюдать.

navig4
Рис.4 Иллюстрация расширения границ яркого объекта (Солнца) в объективах вследствие светорассеяния.

Таким образом, задача подавления солнечной засветки и бликов в ООЭС гражданского и военного назначения является чрезвычайно актуальной. Общепринятым средством защиты оптических приборов от Солнечной засветки является бленда, выполненная в виде цилиндра и устанавливаемая перед входным окном оптического прибора. Это в какой-то мере предотвращает влияние солнечной засветки и бликов на качество изображения. При этом диаметр входного окна ООЭС определяется диаметром отверстия переднего торца бленды и остаётся постоянным независимо от размера входного зрачка объектива, регулируемого апертурной диафрагмой. В случае работы ООЭС, снабжённой блендой, в направлении, близком к направлению на Солнце, внутренняя поверхность бленды засвечивается мощным пучком солнечных лучей. Многократно отразившись, лучи попадают в виде рассеянного излучения в объектив, снижая контрастность изображения или полностью ослепляя ООЭС. Кроме того, описанное устройство светозащиты имеет большие габариты, определяемые максимально допустимым уровнем рассеянного внутри прибора света при заданном минимальном угле между линией визирования ООЭС и направлением на Солнце.
Специалистами нашего предприятия разработан способ значительного уменьшения засветки и бликов в ООЭС. Устройство прошло полуфизическое моделирование и показала свою эффективность.
Наш способ позволяет значительно устранить влияние солнечной засветки и бликов на работоспособность оптико-электронных и оптических систем гражданского и военного назначения, уменьшить рабочий угол между линией визирования (линией цели) ООЭС и направлением на Солнце.

    При этом достигаются следующие технические характеристики:

  • Снижение рабочего угла по Солнцу ООЭС в 3 – 5 раз, не менее;
  • Снижение вероятности потери цели при её захвате и автосопровождении в 2 раза, не менее;
  • Устранение возможности попадания прямого солнечного излучения на чувствительный элемент ООЭС.

Наше предприятие имеет возможность разработки и изготовления системы противобликовой защиты для каждой конкретной ООЭС по согласованным техническим требованиям Заказчика.