Интегрированные многодатчиковые комплексы мониторинга окружающего пространства

- уменьшить или в ряде случаев исключить вероятность ложных захватов следящих измерителей;

- уменьшить вероятность срыва слежения за соответствующими параметрами радиосигналов;

- повысить характеристики точности и помехоустойчивости РТИ в режиме слежения;

- обеспечить режимы квазикогерентного приема и обработки радиотехнических сигналов, что не представляется возможным в соответствующих некомплексных измерителях, и тем самым значительно повысить характеристики их точности.

Таким образом, комплексирование устройств и систем в составе бортовых комплексов оборудования на уровне первичной обработки информации имеет целью не только улучшить характеристики точности РТИ в режиме слежения, но и улучшить качество функционирования измерителей в аномальных режимах их работы (при срывах слежения, ложных захватах из-за действия помех, многолучевости и т.п.).

Под вторичной обработкой информации, называемой также обработкой данных, понимают выполняемую ЦВМ обработку выходных данных самих измерителей (датчиков), результаты которой используются для формирования оценок координат состояния различных объектов окружающего пространства. В частности, в результате вторичной обработки определяются координаты местоположения носителей датчиков или уточненные координаты наблюдаемых целей [14].

Применительно к радиолокационным системам вторичная обработка информации предполагает выполнение следующей совокупности операций [4, 5, 17]:

- обнаружение (завязка) траектории цели по совокупности радиолокационных отметок, полученных в ряде последовательных периодов циклов обзора РЛС;

- формирование траектории цели (называемого также слежением за траекторией цели или, для краткости, сопровождением цели), в процессе которого необходимо в каждом обзоре отобрать новые отметки для продолжения траектории и уточнить параметры траектории с учетом координат новых отметок.

В свою очередь, завязка траектории включает следующие операции:

- стробирование и селекция отметок в стробе;

- формирование экстраполированных значений координат цели;

- проверку выполнения критерия обнаружения траектории, например, логического критерия k из n (k - число тактов обзора с обнаружением отметок, n - общее число следующих подряд тактов обзора).

Суть процесса формирования (построения) траектории цели заключается в последовательной от такта к такту привязке к ней поступающих измерений и в уточнении параметров самой траектории. Для выполнения данной процедуры реализуются следующие операции [4, 5, 17]:

- экстраполяция параметров траектории на очередной такт обзора;

- стробирование зоны возможного положения новых отметок целей;

- селекция отметок в стробах отождествления;

- коррекция траектории по селектированным измерениям (уточнение параметров траектории цели).

Следует отметить, что существенным недостатком селекции отметок (идентификация результатов измерений) в стробах отождествления является относительно низкая ее достоверность при сопровождении маневрирующих целей [18]. Более совершенными являются алгоритмы, так называемой, бесстробовой идентификации, основанные на формировании решающего правила по минимуму того или иного квадратичного функционала. В таком функционале можно учесть и предысторию движения, и вероятность появления тех или иных траекторий, и важность отдельных слагаемых для процедуры идентификации в целом и т.д. Такой подход позволяет получить высокодостоверное решение, не принимая во внимание абсолютную величину функционала, а лишь определив его минимальное значение в процессе перебора траекторий. С другой стороны, абсолютное значение функционала, либо его составных частей, зависящих от несоответствия измерений и прогноза идентифицированной траектории, можно использовать для адаптации процесса коррекции в перспективных алгоритмах адаптивной аналого-дискретной фильтрации, рассмотренных в [18].

Указанные выше операции обнаружения и сопровождения цели могут выполняться с помощью общего алгоритма одним вычислительным устройством. Такой подход реализован, например, при автоматическом сопровождении целей в режиме обзора (АСЦРО). Под АСЦРО [18], называемом режимом дискретного или многоцелевого сопровождения, понимается процедура непрерывного формирования относительных и абсолютных фазовых координат целей при достаточно редком (дискретном) поступлении от них отраженных сигналов.

Применительно к пилотируемым авиационным комплексам несомненным достоинством АСЦРО является органическое сочетание возможностей повышения боевой эффективности и экономичности ведения боевых действий, которые базируются на использовании одного комплекса и одного экипажа (расчета) при решении широкого круга задач при обслуживании большого количества целей.

При вторичной обработке широко применяется комплексирование измерителей. В общем случае, под комплексированием устройств обработки информации понимается их объединение в единую систему, осуществляющую совместную обработку информации и обеспечивающую повышение точности функционирования, помехозащищенности, надежности [14, 17]. Как показывает практика комплексирования [19], увеличение числа измерителей как однотипных, так и особенно разнотипных, основанных на различных физических принципах, улучшает тактические характеристики системы. Действительно, дублирование измерителей, определяющих одни и те же координаты, т.е. структурная избыточность, повышает надежность системы, так как выход из строя отдельных измерителей не приводит к отказу в работе системы в целом. Объединение радиотехнических измерителей с нерадиотехническими повышает помехозащищенность системы, так как последние не подвержены действию радиопомех. Далее, структурная избыточность, при которой одна и та же координата измеряется несколькими датчиками, приводит к информационной избыточности, что позволяет получить больше полезной информации и путем статистической обработки данных уменьшить погрешности измерений и тем самым повысить точность функционирования системы.

Следует отметить, что обычно, когда говорят о комплексировании информационных устройств, подразумевают комплексирование измерителей. Однако и другие устройства извлечения информации могут объединяться в комплексные системы для улучшения их тактических характеристик. В частности, такими устройствами могут быть обнаружители [17].

На третьем уровне выполняются интеграция и совместная обработка информации, поступающей от всех систем более низкого уровня [20-22]. Необходимо отметить, что в процессе третичной обработки может использоваться информация, получаемая не только на самом носителе датчиков, но и поступающая от датчиков других территориально удаленных позиций по линиям связи.

Применительно к радиолокационным датчикам третичная обработка радиолокационной информации предполагает объединение информации нескольких источников (отдельных РЛС или группы РЛС, имеющих общую систему вторичной обработки) по целям, находящимся в области перекрытия их зон обзора. В процессе объединения информации решаются задачи отождествления (идентификации) траекторий, полученных от нескольких источников по одной и той же цели, и вычисление параметров объединенных траекторий.

Основными операциями третичной обработки являются [20, 21]:

- отбор и отождествление радиолокационных отметок, полученных от различных источников по принадлежности к одной цели;

- вычисление усредненных оценок параметров траекторий тех целей, данные о которых получены от нескольких источников.

При выполнении перечисленных операций используются результаты вторичной обработки от каждой РЛС.

Таким образом, используя всю информацию о параметрах траекторий, полученную РЛС, можно путем дополнительной обработки, используя избыточную информацию об отдельных траекториях, получить обобщенное более достоверное представление об обстановке в зоне ответственности РЛС. При этом качество процесса объединения информации может быть оценено следующими показателями [21]: вероятностью правильного отождествления каждой группы сообщений, относящихся к одной цели; вероятностью разветвления (размножения) и перепутывания траекторий; средней длительностью сопровождения объединенной траектории; средним числом ложных траекторий и их средней длительностью.

Принципы реализации и последовательность решения основных операций в процессе третичной обработки при обобщении информации нескольких источников более детально рассмотрены в [21, 22].



4. Сочетание датчиков (слияние данных)

4.1 Общие сведения

Дальнейшим развитием принципов объединения данных, характеризующих отдельные объекты наблюдения, является идея «сочетание датчиков». Термин «сочетание датчиков» определяется также как «слияние разведывательных данных» (intelligence fusion) [3, 23].

Сочетание датчиков предполагает интеграцию и анализ данных от средств обнаружения и представляет собой процесс сбора и обобщения данных по определению местоположения и идентификации, полученных от различных датчиков (видовой информации, РЛС, распознавания сигналов (Signal Intelligence SIGINT), обнаружителей движения), в целях получения единой комплексной картины окружающей обстановки Сочетание датчиков, в процессе которого обрабатываются данные, поступающие от различных источников, направлено на получение более точной, надежной и полной информации по сравнению с информацией, получаемой от отдельного источника индивидуально.

Следует отметить, что термин «сочетание датчиков» (слияние данных) является более общим, чем «третичная обработка» и более полно отражает характер обработки информации в существующих и перспективных интегрированных комплексах окружающего пространства. Основное отличие состоит в том, что при формировании обобщенного представления об окружающем пространстве на основе слияния данных объединяется более разносторонняя информация, чем при традиционной третичной обработке. Например, многочастотный радиолокационный комплекс мониторинга земного пространства формирует в Х-диапазоне длин волн изображение, основанное на отражении радиоволн непосредственно от земной поверхности и растительности на ней, но не от объектов, скрытых растительностью. В свою очередь, в Р-диапазоне волн обнаруживаются объекты, скрытые растительностью, и объекты, находящиеся в подповерхностных слоях почвы. При «слиянии данных» эти два совершенно разных изображения объединяются с целью получения обобщенной картины окружающего пространства.

Другая ситуация может складываться с получением сведений о состоянии объектов или процессов на большой территории при ограниченной дальности действия информационных датчиков. В этом случае приходится объединять информацию, поступающую от пространственно разнесенных датчиком, совокупная зона обзора которых обеспечивает перекрытие всей площади исследуемой территории.

Кроме того, при слиянии данных может использоваться вербальная информация, в частности, сведения от агентурной разведки [3].

Простейшим примером сочетания различных типов датчиков является объединение корабельной инфракрасной системы поиска и сопровождения (infrared search-and-track - IRST) и многофункциональной РЛС [3]. Такая комбинация данных (отметок цели) позволила обеспечить более надежное сопровождение, классификацию и идентификацию цели.

Наиболее сложным является сочетание датчиков в системах геопространственной разведки (Geospatial Intelligence Systems - GIS), представляющих важный инструмент ведения боевых действий [3, 23]. Изображения различных видов - оптико-электронные (ОЭ), ИК, полученные от РЛС с синтезированной апертурой - вносят свой вклад в уровни данных GIS, будь они представлены в виде сложной мозаики (показ широкой области) или в виде крупного плана (цели или области интересов). Изображения поступают от многих платформ: спутников, самолетов-разведчиков, беспилотных летательных аппаратов или аэростатов, а также от систем наземного или морского базирования. Эти изображения могут быть «сырыми» или обработанными, от одного источника или слитыми, объединенными, как правило, на наземной станции или в комплексах процессоров и дисплеев, имеющих сложное программное обеспечение. После выполнения интерпретации-анализа данных, формирования выводов и принятия решений полученная обобщенная информацию становится данными геопространственной разведки.

Примером такой системы является многозадачная сетевая разведывательная система Imilite израильской компании Rafael Advancend Defence Systems [3]. Система предназначена для использования нескольких видовых датчиков и получения и обработки данных в унифицированном виде для распространения пользователям и клиентам. Система Imilite включает в себя три главные подсистемы:

1) усовершенствованный блок IP-адресного сервера, способного к одновременному получению и геопривязке необработанных данных от нескольких ОЭ-, ИК-, SAR/GMTI-видеодатчиков и источников в режиме реального времени;

2) масштабируемую базу данных GIS, способную быстро записывать, архивировать и извлекать обработанные и необработанные видеоданные и уровни видеоданных для детального анализа изображений и исследования;

3) усовершенствованную многопользовательскую систему обработки видовой информации, обеспечивающую визуализацию, обработку, использование, анализ и представление различных стандартных и настроенных продуктов ISTAR (Image Storage, Translation and Reproduction), а также сообщений от всех вышеупомянутых источников комбинированным и объединенным способом.

Сочетание датчиков способствует увеличению четкости изображений. В частности, когда используется только один тип датчика, то при его функционировании в условиях плохой погоды или воздействия неблагоприятных факторов, обусловленных ведением боевых действий, получение четкого изображения может оказаться невозможным. Если ОЭ/ИК-изображение частично затенено из-за плохих погодных условий, то наложение на него изображения, полученное РЛС с синтезированной апертурой (РСА) позволяет сформировать качественное изображение части пространства, находящейся за облаками. Использование ОЭ-изображений, накладываемых на изображения РСА, может помочь в идентификации и опознавании целей, а также в выявлении временных изменений в районе наблюдения.

4.2 Сшивка изображений

Решающую роль в обработке и синтезе изображений принадлежит программному обеспечению вычислительных систем. Сочетание датчиков/слияние изображений требует значительных аппаратных и вычислительных затрат. В то же время существует менее дорогостоящий метод: сшивка изображений. Сшивка изображений представляет собой процесс, при котором ИК- и ОЭ-форматы массива совпадают друг с другом по полю зрения и количеству пикселей. Это позволяет оператору переключаться между полностью ИК-изображением и полностью ОЭ-изображением, останавливаясь на любой комбинации, чтобы увидеть сшитые изображения [3].

4.3 Совмещение радиолокационного и топографического (оптического) изображений земной поверхности

Одним из направлений интеграции в авиационных и космических системах при мониторинге земной поверхности является совмещение цифровых карт местности с радиолокационным изображением (РЛИ), формируемым бортовой РЛС при функционировании ее в режимах высокого и сверхвысокого разрешения [24, 25]. При совмещении радиолокационного изображения местности с электронной картой местности и матрицей высот значительно облегчается определение соответствия между ориентирами на РЛИ и объектами на карте.

При совмещении оптических снимков с радиолокационными непосредственное выделение эталонных объектов, используемых для наложения изображений, должен выполнять оператор. В результате интеграции радиолокационного и оптических датчиков увеличивается четкость изображений, улучшаются условия для идентификации и распознавания целей.

Следует заметить, что после того как совмещение изображений датчиков уже достигнуто, процесс извлечения полезной информации в режиме реального времени из огромных доступных объемов данных в большой степени зависит от человека. Разработка процедур автоматизированного процесса сочетания датчиков в настоящее время находится на стадии формирования.

4.4 Сочетание радиолокационных датчиков

Сочетание радиолокационных датчиков, функционирующих в разных диапазонах длин волн, может существенно улучшить ситуационную осведомленность о состоянии окружающего пространства. Необходимость использования различных диапазонов частот в авиационных и космических бортовых РЛС объясняется следующим [6, 26, 27].

1. Использование Р-диапазона (?70 см) целесообразно в РЛС разведки наземных целей, поскольку позволяет обнаруживать объекты, замаскированные лесной растительностью. Кроме того, в этом диапазоне имеется возможность значительного увеличения дальности обнаружения целей и реализации высокой помехозащищенности [6, 26].

2. Радиолокационное наблюдение в L-диапазоне (15…30 см) по сравнению с S-диапазоном (7,5…15 см) обеспечивает повышение вероятности обнаружения и сопровождения скоростных и малозаметных целей и более высокую помехозащищенность. Кроме того, при работе РЛС в этом диапазоне возможно обнаружение сквозь листву объектов, «спрятанных» за деревьями и кустами, накрытых маскировочными покрывалами, достаточно эффективно поглощающими радиоволны S-диапазона и недостаточно толстыми, чтобы поглощать радиоволны дециметрового диапазона.

На канал РЛС в L-диапазоне могут быть возложены функции по всеракурсному обнаружению воздушных целей на дальностях, превышающих расстояние до радиогоризонта, а также по обнаружению надводных кораблей на фоне отражений от морской поверхности, значительно меньших, чем в S-диапазоне.

3. Использование S-диапазона в бортовых РЛС является предпочтительным в режимах «воздух-воздух» и «воздух-море» [6, 26]. В этом диапазоне можно обеспечить всеракурсное обнаружение воздушных целей при использовании одной частоты повторения импульсов, достаточно просто обеспечить компромисс между малым уровнем боковых лепестков и шириной диаграммы направленности основного луча.

В качестве недостатков использования S-диапазона в бортовых РЛС необходимо отметить низкую точность оценивания угловых координат целей в вертикальной плоскости, а соответственно и высоты полета низколетящих объектов.

4. Использование в бортовой РЛС Х-диапазона (2,4…3,75 см) дает возможность по сравнению с диапазонами Р и S обеспечить ряд преимуществ в режимах работы как по воздушным, так и наземным целям. При работе в режиме «воздух-воздух» использование Х-диапазона обеспечивает [6, 26]:

- более высокие показатели разрешения по угловым координатам и точности их оценивания, в том числе и в угломестной плоскости;

- значительное уменьшение секторов зон доплеровской режекции, а соответственно и времени потери целей при сопровождении;

- улучшение распознавания целей вплоть до их типа за счет более детального спектрального анализа отраженных сигналов при их длительном когерентном накоплении.

Использование Х-диапазона в режиме «воздух-поверхность» дает возможность:

- реализовать в режиме синтезирования апертуры антенны разрешающую способность до 1…5 м, что обеспечивает обнаружение малоразмерных, малозаметных наземных и надводных целей (автомобили, танки, катера, перископы подводных лодок и т. д.);

- формировать скоростные портреты водной поверхности, что обеспечивает обнаружение надводных кораблей и подводных лодок в погруженном состоянии по их следам, нефтяные и биозагрязнения, следы аварий и т.д.;

- увеличить темп поступления информации от скоростных наземных и надводных целей за счет трехкратного уменьшения времени формирования кадра радиолокационного изображения по сравнению с S-диапазоном, что позволяет повысить точность их сопровождения;

- одновременно решать задачи по картографированию местности без потери контроля над воздушной обстановкой.

Рассмотренные выше особенности использования многодиапазонной РЛС дают возможность прийти к однозначному выводу о возможности существенного улучшения информативности радиолокационных систем мониторинга окружающего пространства [28].

В заключение отметим, что отличительной особенностью интеграции на уровне сочетания датчиков является возможность ведения разнопланового высокоинформативного наблюдения в рамках одного комплекса мониторинга окружающего пространства. Например, установка на базовый патрульный самолет типа Р-8А бортовой РЛС, системы радио- и радиотехнической разведки, магнитометрических и сбрасываемых гидроакустических датчиков позволяет осуществлять не только мониторинг воздушного и надводного пространств, радиомониторинг источников радиоизлучений, но и выполнять обнаружение и слежение за подводными лодками, находящимися в погруженном состоянии [10, 29]. Далее, при размещении на летательном аппарате многоспектральной оптико-электронной системы и многочастотного радиолокационного комплекса за счет особенностей извлечения информации о состоянии окружающего пространства в различных взаимодополняющих диапазонах длин волн удается сформировать полную и достаточно детальную обобщенную картину окружающей обстановки.



5. Особенности интеграции датчиков в многопозиционных системах радиомониторинга

В общем случае, к задачам радиомониторинга относятся:

- обнаружение, определение координат, распознавание типов источников радиоизлучений (ИРИ) в военных целях;

- радиоконтроль на местности (радиоразведка и радионаблюдение при проведении антитеррористических мероприятий, обнаружение излучений несанкционированных радиопередатчиков и определение их местоположения);

- выявление технических каналов утечки информации в контролируемых зонах;

- контроль эффективности мер по защите информации на границах контролируемой зоны.

Для решения задач мониторинга работы ИРИ в пределах определенного географического района могут применяться многопозиционные угломерные и разностно-дальномерные пассивные системы [17, 23, 26]. В процессе радиомониторинга выполняются обнаружение и измерение параметров радиосигналов, отождествление измерений, распознавание типов и определение местоположения источников радиоизлучений.

С точки зрения организации управления информационными потоками многопозиционные системы радиомониторинга могут быть централизованными и децентрализованными. Централизованные системы состоят из центрального пункта сбора, обработки информации и управления (ПОИУ) и неподвижных либо подвижных приемных позиций, на которых осуществляется прием сигналов от ИРИ [26, 30, 31]. Извлекаемая на приемных позициях (ПП) из принимаемых сигналов информация и данные о местоположении самих приемных позиций транслируется по радиолиниям связи в ПОИУ, где осуществляется оценивание координат и параметров движения ИРИ.

В децентрализованных системах отсутствует ПОИУ. Между приемными позициями осуществляется обмен информацией о пеленгах ИРИ, радиотехнических параметрах принимаемых сигналов ИРИ и местоположении ПП, что позволяет на любой приемной позиции формировать оценку полного вектора относительных и абсолютных координат ИРИ и их производных.

Особенности интеграции данных, получаемых на приемных позициях, рассмотрим на примере угломерных систем, в которых на приемных позициях измеряются пеленги ИРИ и координаты приемных позиций [26, 30-33].

По характеру использования результатов первичных измерений пеленгов для получения оценок фазовых координат цели различают многопозиционные системы с обработкой непосредственно пеленгов (азимутов) целей и с обработкой косвенных измерений. Под косвенными измерениями понимаются первичные оценки относительных и абсолютных координат цели, найденные в результате математических расчетов по формулам, связывающим прямоугольные либо сферические координаты цели с координатами приемных позиций и угловыми положениями цели относительно приемных позиций.

Процедура объединения данных от двух выбранных ПП может выполняться непосредственно на любой из двух ПП, либо в ПОИУ. В первом случае в многопозиционной системе из отдельных приемных позиций образуется совокупность угломерных двухпозиционных (УДП) систем, первичные оценки с которых передаются в ПОИУ. Во втором случае совокупность УДП систем формируется непосредственно в ПОИУ. Таким образом, в обоих случаях в многопозиционных системах с обработкой косвенных измерений образуется совокупность попарно объединенных приемных позиций, условно называемых базами.

Следует отметить, что при непосредственном использовании первичных измерений пеленгов целей алгоритмы фильтрации параметров траекторий ИРИ получаются существенно более сложными, чем в случае косвенных измерений.

При использовании косвенных измерений на первом этапе обработки данных выполняется отождествление пеленгов целей. На втором этапе по отождествленным данным и координатам приемных позиций вычисляются первичные оценки (косвенные измерения) местоположения целей. На третьем этапе по поступившим от всех баз данным выполняются процедуры отождествления их между собой и с построенными ранее траекториями. Предварительно при необходимости первичные оценки преобразуются в единую систему координат. Неотождествленные данные могут использоваться для завязки новых траекторий. На основе отождествленных данных на последнем этапе обработки осуществляется построение траекторий целей.

Косвенные измерения могут использоваться также для построения траекторий целей в отдельных УДП системы. При этом могут применяться, в частности, рекуррентные алгоритмы линейной фильтрации. В результате для каждой цели будет сформирован набор траекторий, число которых равно количеству УДП системы, насчитывающихся в многопозиционной системе радиомониторинга. На последнем этапе обработки для каждой цели производится объединение полученных от разных УДП систем траекторий в результирующую [30, 31].

Особенностью функционирования УДП систем является то обстоятельство, что точность формирования косвенных измерений в существенной степени зависит от «геометрии» решения задачи местоопределения ИРИ, т.е. от взаимного положения приемных позиций и ИРИ. В связи с этим, при разработке алгоритмов траекторного управления отдельными приемными позициями предусматривается возможность реализации концепции траекторного управления наблюдением. Суть концепции состоит в том, что УДП системы способны за счет целенаправленного управления пространственным положением одной или обеих приемных позиций обеспечить наивысшую точность определения координат и параметров движения ИРИ. Соответствующие методы и алгоритмы траекторного управления наблюдением применительно к УДП системам рассмотрены в [31-33].



6. Встраивание комплексов мониторинга окружающего пространства в сетецентрические информационно-управляющие системы

В настоящее время за рубежом ведутся работы по созданию глобальной сетецентрической информационно-управляющей системы, способной реализовать стратегию бесконтактных войн [6, 26]. Среди элементов информационно-управляющей сети важная роль отводится интегрированным комплексам мониторинга окружающего пространства [34].

«Сетецентризм» с использованием боевых систем, в том числе и средств интегрированных КМПО, формирующих определенные данные, и средства их поддержки, осуществляющих оптимальное распределение данных, уже реализуется в проектах по разработке новых и модернизации существующих средств вооружения. Все эти средства в течение их срока службы будут оснащаться аппаратно-программными системами, превращающими их в узлы распределенной системы. Блоком НАТО в настоящее время проводятся работы по созданию единой информационно-управляющей сети в масштабах всего альянса. Такая сеть строится на принципах С4ISR (Command, Control, Communication, Computing, Intelligence, Surveillance and Reconnaissance) - командование, управление, связь, обработка данных, разведка, наблюдение и обнаружение. Возможности сетевого управления боевыми действиями с использованием ИКМ в реальном времени, приобретенные ими после соответствующих модернизаций, играют все большую роль в воздушных компаниях США и НАТО.

Примером такой модернизации может быть переоснащение самолета радиолокационного дозора и наведения (РЛДН) ВМС США - «Хокай» Е2-С. Модернизация сетевых возможностей и систем Е2-С состоит в установке нового программного обеспечения связующего слоя, реализующего метод «сетецентрической» архитектуры и повышающего показатели эффективности (в частности, увеличение пропускной способности интерфейсов). До модернизации Е2-С «Хокай» был оборудован комплексом датчиков и систем сбора данных, каналами связи с другим оборудованием и операторами комплекса. Каналы связи были построены на основе технологии «точка-точка» или «точка-многоточка». Модернизация Е2-С превратила комплекс его систем в платформу, обеспечивающую формирование полной картины угроз нападения на основе объединения данных от различных датчиков (в том числе РЛС РЛДН). Платформа в соответствии с этой картиной вырабатывает программу мер по их нейтрализации.

Центральной задачей модернизации стало создание системы объединения данных и шины передачи данных как услуг (другим термином описания этой системы стало понятие «глобальное пространство данных»).

Абстрагирование данных и механизмов обеспечения качества обслуживания от уровня приложений и перемещение их в глобальное пространство данных позволили сделать систему независимой от конкретной реализации источника поступления данных. Такой подход дает возможность проводить модернизацию на основе существующих элементов и выполнять проекты с учетом объективных потребностей заказчиков, а не потенциала определенных технологий.

Аналогичная модернизация сетевых возможностей проводится и для самолета РЛДН AWACS E-3. Перспективные самолеты РЛДН уже с самого начала разрабатываются как ключевые узлы «сетецентрической» системы.

Отметим особенности организации программного обеспечения сетецентрических систем [35]. Оно должно соответствовать перспективной модели сервис-ориентированной архитектуры - СОА (SOA - Service-Oriented Architrcture). Его работу будут обеспечивать сервисы обеспечения безопасности информации, поиска услуг, управления корпоративными услугами, межмашинного обмена, обнаружения пользователей и устройств, посредничества и каталога метаданных (информации, описывающей информационное наполнение базы данных). Под сервисами понимают дискретные вычислительные процессы, которые могут быть инициированы посредством стандартизованного программного интерфейса другими процессами для выполнения определенной функции или набора функций. Эти и другие специализированные сервисы, входящие в СОА, физически могут храниться и выполняться на различных серверах, включенных в сеть, обеспечивая формирование адаптивной распределенной вычислительной среды. По своему функциональному назначению в СОА сервисы могут быть поставщиками или потребителями услуг. Кроме того, они могут инициализировать выполнение других сервисов и/или осуществлять обмен данными с ними. Сервисная архитектура полагается на принцип слабой связи - каждый сервис представляет собой изолированную сущность с минимумом зависимостей от других совместно используемых ресурсов: баз данных, традиционных приложений и интерфейсов программирования.

Принципиальным отличием СОА от устаревающей архитектуры «клиент-сервер» является наличие каталога услуг, который обеспечивает их учет и возможность поиска, предоставляя возможность обмена данными между территориально разнесенными сервисами без необходимости настройки жесткой адресации в сети. При этом сервисы-поставщики предоставляют услуги, в формализованном виде публикуют информацию об их наличии, способе получения и месте расположения в каталоге услуг, в котором накапливаются сведения обо всех имеющихся сервисах для их последующего поиска. Такое построение позволяет сервисам-потребителям находить требуемые услуги в сети и осуществлять инициализацию соответствующих сервисов-поставщиков.

Достоинства сервис-ориентированной архитектур [35]:

- возможность построения сложных систем путем интеграции сервисов от различных производителей независимо от платформ и технологий;

- принцип слабых связей помогает организовать взаимодействие с унаследованными системами;

- возможность использования имеющиеся приложения для решения новых задач и, как следствие, ускорение разработки и снижение затрат;

- повышение гибкости и улучшение масштабируемости благодаря простоте создания множества сервисов путем интеграции существующих приложений;

- возможность снижения затрат на сопровождение и высокая интероперабельность (способность к взаимодействию без каких-либо ограничений) систем за счет опоры на стандарты;

- возможность мобильного доступа к данным и инкрементальных обновлений для более быстрого решения задач заказчиков путем внедрения новых сервисов.

Вместе с тем сервис-ориентированная архитектура имеет и ряд недостатков [35]:

- сложности с реализацией асинхронной связи между приложениями;

- большое время отклика, трудности организации обмена большими объемами данных;

- наличие уязвимостей из-за совместного участия в процессах множества приложений и систем;

- потребность в сложных механизмах управления транзакциями при взаимодействиях между логически разделенными системами.

Именно поэтому перейти на СОА непросто и при ее внедрении разработчики неизбежно столкнутся со сложностями. При этом придется идти на те или иные компромиссы. Для максимальной эффективности и гибкости рекомендуется инкрементально (последовательно, поэтапно) переводить традиционные среды на СОА.

Наряду с СОА предлагаются и другие варианты построения архитектуры сетецентрических систем. В частности, в [36] рассматривается архитектура, использующая концепцию точек подключения. Эта концепция позволяет избавиться от необходимости знания конкретных приложений, требуемых в СОА для установления непосредственных подключений между собой приложений. Для реализации названной концепции все приложения работают под управлением мультиагентных средств организации вычислительного процесса (СОВП), называемых также мультиагентным диспетчером. В такой среде каждое приложение подключается не к сервису напрямую, а к логической точке подключения. Организацией передачи данных и определением того, где находится сервис, представляющий требуемую информацию, или клиент, запросивший данные, занимается СОВП. При этом связь с одной точкой подключения могут осуществлять одновременно несколько сервисов и клиентов. Причем подключение новых клиентов и сервисов ничего не изменяет для уже работающих программ, осуществляющих информационный обмен.

Данная организация информационного обмена, сочетающая в себе возможности СОА с применением мультиагентных средств организации вычислительного процесса и распределенных баз данных, обладает следующими преимуществами [36]:

- удобством разработки, создания и подключения новых сервисов и клиентов;

- прозрачной и бесшовной (на основе общих стандартов) интеграцией;

- возможностью работы с устаревшими системами при помощи создания приложения обертки, подключающего устаревшие приложения в объединенную систему;

- возможность гибкого масштабирования;

- возможностью обеспечения высокого уровня надежности.

Следует подчеркнуть, что для реализации концепции «сетецентрических» боевых операций в приложении к интегрированным комплексам мониторинга окружающего пространства необходимо, прежде всего:

- разработать перечень стандартов, протоколов обмена информацией и универсальных шин, обеспечивающих его включение в глобальную сеть;

- увеличить количество каналов связи с другими элементами сетецентрической системы на базе широкополосных закрытых систем связи;

- принять специальные меры по увеличению помехозащищенности всех излучающих систем.

Выработка стратегии ведения «сетецентрических» операций с использованием всех преимуществ, предоставляемых современными информационными комплексами - это важнейшая задача. Одним из центральных мест в решении этой задачи станет встраивание ИКМ в глобальную информационно-управляющую сеть, что, в свою очередь, потребует решения целого ряда частных и общих задач, реализация которых потребует определенных усилий.



Заключение

Из изложенного выше можно сделать вывод о том, что в комплексах мониторинга окружающего пространства интеграция датчиков осуществляется на разных уровнях объединения информации, целесообразность использования которых определяется решаемыми задачами, конкретными условиями применения комплексов и состоянием развития алгоритмического и программного обеспечения вычислительных систем. Использование многоспектральных и многочастотных датчиков, взаимодополняющих друг друга, позволяет в процессе мониторинга формировать высокоинформативные обобщенные сведения об окружающем пространстве. При этом наибольший объем информации об окружающем пространстве может быть получен при совместной комплексной обработке сигналов в рамках интегрированной ИКМ. Из проведенного анализа следует, что современный уровень развития информационных датчиков и разработанное алгоритмическое обеспечение по объединению информационных потоков позволяют создавать интегрированные комплексы мониторинга окружающего пространства, обладающие широкими возможностями для решения разнообразных задач военного и народно-хозяйственного назначения.

Работа выполнена при поддержке РФФИ, проект № 15-08-04000-а.



Литература

1. Самарин О.Ф. Интегрированные информационно-вычислительные системы летательных аппаратов. Учеб. пособие. М.: Изд-во МАИ. 2013. 220 с.

2. Перунов Ю.М., Мацукевич В.В., Васильев А.А. Зарубежные радиоэлектронные средства. / Под ред. Ю.М. Перунова. В 4-х книгах. Кн. 2: Системы радиоэлектронной борьбы. М.: Радиотехника, 2010. 352 с.

3. Сочетание датчиков: улучшение ситуационной освдомленности. Иностранная печать об экономическом, научно-техническом и военном потенциале государств-участников СНГ и технических средствах его выявления. // Серия: «Техническое оснащение спецслужб зарубежных государств». М.: ВИНИТИ. 2013. № 1.

4. Дудник П.И., Ильчук А.Р., Татарский Б.Г. Под ред. Б.Г. Татарского. Многофункциональные радиолокационные системы. М.: Дрофа, 2007. 283 с.

5. Антипов В.Н., Колтышев Е.Е., Кондратенков Г.С. и др. Многофункциональные радиолокационные комплексы истребителей: учеб. пособие для вузов. / Под ред. В.Н. Лепина. М.: Радиотехника. 2014.

6. Верба В.С. Авиационные комплексы радиолокационного дозора и наведения. Принципы построения, проблемы разработки и особенности функционирования. М.: Радиотехника, 2014. 528 с.

7. Кондратенков Г.С., Фролов А.Ю. Теоретические основы построения радиолокационных систем дистанционного зондирования земли. М. ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 2009. 360 с.

8. Melvin W.L. STAP Overview // IEEE Transactions Aerospace and Elektronic Systems. 2004. AES-19, № 1.

9. Слатин В.В. Авиационные БРЛС для обнаружения морских целей. // Научно-техн. информация. Сер. Авиационные системы. М.: НИЦ ГосНИИАС. 2014. №3.

10. Бокова А.Ю. Функциональные возможности морских авиационных систем дальнего наблюдения. // Научно-техн. информация. Сер. Авиационные системы. М.: НИЦ ГосНИИАС. 2014. №7.

11. Лавров А.А. Радиолокационный скоростной портрет. Основы теории. М.: Радиотехника, 2013.

12. Виноградов М. Перспективные комплексы воздушной радиолокационной разведки ведущих зарубежных стран. // Зарубежное военное обозрение. 2008. №2.

13. Алексеев В.В., Орлова Н.В., Минина А.А., Куракина Н.И. Применение геоинформационных технологий в информационно-измерительных системах мониторинга. // Приборы. 2014. № 11.

14. Ярлыков М.С., Богачев А.С., Меркулов В.И., Дрогалин В.В. Радиоэлектронные комплексы навигации, прицеливания и управления вооружением. Т.1. Теоретические основы. / Под ред. М.С. Ярлыкова. М.: Радиотехника, 2012.

15. Верба В.С., Татарский Б.Г., Юрчик И.А. и др. Радиолокационные системы авиационно-космического мониторинга земной поверхности и воздушного пространства / Под ред. В.НС. Вербы, Б.Г. Татарского. Монография. М.: Радиотехника, 2014.

16. Канащенков А.И., Меркулов В.И., Герасимов А.А. и др. Радиолокационные системы многофункциональных самолетов. Т.1. РЛС - информационная основа боевых действий многофункциональных самолетов. Системы и алгоритмы первичной обработки радиолокационных сигналов / Под ред. А.И. Канащенкова и В.И. Меркулова. М.: Радиотехника, 2006. 656 с.

17. Сосулин Ю.Г. Теоретические основы радиолокации и радионавигации: Учеб. пособие для вузов. М.: Радио и связь, 1992. 304 с.

18. Меркулов В.И., Дрогалин В.В., Канащенков А.И. Авиационные системы радиоуправления. Т.2. Радиоэлектронные системы самонаведения. М.: Радиотехника, 2003.

19. Верба В.С., Меркулов В.И., Попов Е.В., Чернов В.С. Интеграция данных в многодатчиковых бортовых информационно-управляющих системах. // Информационно-управляющие системы. 2014. № 2.

20. Справочник офицера Военно-воздушных сил и войск противовоздушной обороны. / Под ред. И.П. Азаренко. Минск: командование ВВС и войск ПВО, 2009.

21. Кузьмин С.З. Основы теории цифровой обработки радиолокационной информации. М.: Сов. радио, 1974. 432 с.

22. Черняк В.С. Многопозиционная радиолокация. М.: Радио и связь, 1993.

23. Бортовые системы управления боевыми режимами современных и перспективных самолетов. Кн.1.: Аналитический обзор по материалам зарубежных информационных источников. / Под общей ред. акад. РАН Е.А. Федосова. М.: НИЦ ГосНИАС, 2009.

24. Кондратенков Г.С., Быков В.Н., Викентьев А.Ю. Методика автоматического совмещения радиолокационных изображений с цифровыми картами и оптическими снимками местности. // Радиотехника. 2007. № 8.

25. Кирдяшкин В.В., Сосулин Ю.Г. Автоматическое совмещение радиолокационного изображения с оптическим изображением и цифровой картой местности. // Успехи современной радиоэлектроники. 2010. № 10.

26. Белик Б.В., Белов С.Г., Верба В.С. и др. Авиационные системы радиоуправления / Под ред. В.НС. Вербы, В.И Меркулова. Монография. М.: Радиотехника, 2014. 376 с.

27. Справочник по радиолокации. / Под ред. М.И. Сколника. Пер. с англ. под общей ред. В.С. Вербы. Третье издание. В 2 книгах. М.: Техносфера, 2014. Книга 2 - 680 с.

28. Верба В.С., Кондратенков Г.С., Меркулов В.И. Влияние многодиапазонной РЛС с АФАР для многофункционального авиационного комплекса разведки, оповещения и наведения. // Радиотехника. 2011. №1.

29. Ерохин Е.И., Чабанов В.А. Современные средства воздушной разведки и наблюдения США. // Научно-техн. информация. Сер. Авиационные системы. М.: НИЦ ГосНИИАС. 2014. №6. С. 18-35.

30. Верба В.С., Меркулов В.И., Дрогалин В.В. и др. Оценивание дальности и скорости в радиолокационных системах. Ч.3 / Под ред. В.С. Вербы, В.И. Меркулова. М.: Радиотехника. 2010.

31. Меркулов В.И., Чернов В.С., Юрчик И.А. Авиационные многопозиционные системы радиоуправления // Успехи современной радиоэлектроники. 2006. № 12.

32. Меркулов В.И., Миляков Д.А., Чернов В.С. Траекторное управление наблюдением в распределенных угломерных радиоэлектронных системах управления воздушного базирования // Материалы 2-й Всероссийской конференции «Суперкомпьютерные технологии СКТ-2012» 24-29 сентября 2012 г. Дивноморское, Геленджик.

33. Меркулов В.И., Чернов В.С. Анализ методов наведения двухпозиционными пассивными системами воздушного базирования на источники радиоизлучения. // Успехи современной радиоэлектроники. 2014. №7. С. 26-40.

34. Балохонцев Я., Кондратьев А. Влияние концепции «сетецентрическая война» на эффективность разведывательного обеспечения ВС США. // Зарубежное военное обозрение. 2011. №2.

35. Серрано Н., Эрнантес Х., Галлардо Г. Сервисы, архитектура и унаследованные системы. // Открытые системы. 2014. №8.

36. Верба В.С., Поливанов С.С. Организация информационного обмена в сетецентрических боевых операциях. // Радиотехника. 2009. №8.

Размещено на Allbest.ru

...