Развитие системы контроля и измерительных комплексов авиационных полигонов государственной авиации

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Государственный университет аэрокосмического приборостроения (ГУАП) Санкт-Петербург, Россия

4 Государственный центр подготовки авиационного персонала и войсковых испытаний Министерства обороны Российской Федерации (4 ГЦПАП и ВИ МО РФ) Липецк, Россия

Развитие системы контроля и измерительных комплексов авиационных полигонов государственной авиации

А.Р. Бестугин, А.Д. Филин, И.А. Киршина, В.П. Рачков

Аннотация

летный экипаж авиация автоматизированный

В статье представлено перспективное направление развития системы подготовки летных экипажей и специалистов управления авиацией на основе внедрения автоматизированного комплекса летно-тактической подготовки. Дана краткая характеристика наземных измерительных комплексов авиационных полигонов государственной авиации.

Ключевые слова. Электронный полигон, летно-тактическая подготовка, автоматизированный комплекс, линия передачи данных, безопасность полетов.

Abstract

Development of the control system and measuring complexes of aviation polygons of the state aviation

A.R. Bestugin 1, A.D. Filin1, I.A. Kirshina1, V.P. Rachkov2

1 State University of Aerospace Instrumentation (SUAI) St. Petersburg, Russia

2 4 State Center for Aviation Personnel Training and Military Tests of the Ministry of Defense of the Russian Federation (4 SCAPT and MT MD RF) Lipetsk, Russia

The article presents a promising direction for the development of a training system for flight crews and aviation control specialists based on the introduction of an automated flight tactical training complex. A brief description of the ground-based measuring complexes of aviation grounds of state aviation is given.

Keywords. Electronic test site, flight tactical training, automated complex, data transmission line, flight safety.

Ход и исход локальных войн и военных конфликтов прошлого и начала нынешнего века наглядно продемонстрировал тот факт, что Военно-воздушные Силы (ВВС) превратились из категории основных средств ведения военных действий в главную, решающую силу. При этом центр тяжести вооружённой борьбы всё больше переносится в воздушно-космическую сферу [1,2].

Анализ возможностей самолётов нового поколения (Су-30СМ, Су-34, Су-35), поступающих на вооружение авиационных частей Воздушно-космических сил (ВКС), наглядно демонстрирует тенденцию повышения их летно-технических характеристик, возможностей бортовых прицельно-навигационных систем, комплексов радиоэлектронной борьбы, расширение области применения и номенклатуры авиационных средств поражения (АСП) и вариантов их смешанной боевой загрузки. Это далеко не полный перечень показателей, характеризующих эти самолёты, как современные авиационные боевые комплексы (АБК).

Вместе с тем, АБК - это только инструмент в руках у человека для достижения поставленной цели, так как поставленные боевые задачи выполняет не самолёт, а лётчик. Поэтому, в условия реальных боевых действий, успех авиации в решении поставленных задач зависит не только от качества вооружения и степени оснащённости им авиационных частей, но и от когнитивного потенциала лётного состава, уровня его тактической выучки и натренированности мгновенно оценивать обстановку и грамотно вести боевые действия. На первый план выходит также способности расчётов командных пунктов (КП) управлять боевыми действиями в условиях огневого, радиоэлектронного и манёвренного противодействия. То есть, одним из основных показателей эффективности выполнения задач выступает способность экипажей к действиям в сложных динамичных условиях и их готовность реализовать все боевые возможности, заложенные в современных АБК. В связи с этим, сегодня основным условием подготовки летных экипажей и специалистов управления авиацией (СУА) должна быть отработка задач лётно-тактической подготовки (ЛТП) в условиях, приближенных к реальным боевым [3].

Такие условия необходимо создавать на авиационных полигонах государственной авиации, которые должны обеспечивать [4]:

- проведение летно-тактических учений (ЛТУ) с применением различных АСП;

- совершенствование тактической и огневой подготовки авиационных экипажей, подразделений, частей и соединений в условиях, максимально приближенных к боевым, освоения новых, наиболее эффективных способов и приемов боевых действий;

- отработку способов и приемов преодоления противовоздушной обороны (ПВО) противника, а также боевого применения в условиях радиоэлектронных помех;

- обучение и совершенствование навыков боевого применения различных видов авиационного вооружения;

- проведение войсковых испытаний новых образцов вооружения, прицельно-навигационных комплексов, АСП, комплексов радиоэлектронной борьбы (РЭБ) и полигонного оборудования.

1. Развитие авиационных полигонов государственной авиации

Вместе с тем, стремительное развитие авиации породило огромное противоречие между возможностями современных АБК и условиями проведения ЛТП (ЛТУ) частей ВВС, которые создаются на авиационных полигонах государственной авиации. Анализ этих условий свидетельствует о том, что по мере совершенствования авиационной техники и средств поражения прогрессивно возрастает и стоимость процесса обучения личного состава, который в настоящее время является дорогим и недостаточно эффективным. Как показывает опыт, на существующих авиационных полигонах для создания условий, соответствующих оперативно-тактической обстановке (ОТО), определенной замыслом проводимых ЛТУ, требуются значительные материальные затраты [3].

Кроме того, существующая система объективного контроля (ОК), которая включает бортовые средства регистрации полётных данных и наземные устройства обработки, не позволяет объективно в реальном масштабе времени (РМВ) оценивать результаты действий экипажей и групповые действия. Основные причины [5]:

- конструктивно все средства регистрации предназначены для контроля состояния только данного авиационного комплекса;

- регистрируемая бортовыми устройствами информация на всех типах самолётов не синхронизирована, из-за чего исключается возможность одновременного её анализа с различных носителей;

- бортовые устройства регистрации, как и регистрируемые перечни параметров не унифицированы по типам самолётов, что затрудняет возможность автоматизации обработки информации с группы самолётов.

Отсутствие линии передачи данных «борт-земля» исключает обработку данных ОК в РМВ (обработка и оценка результатов осуществляется после посадки самолета).

Поиск путей расширения функциональных возможностей авиационных полигонов государственной авиации осуществлялся при исследовании особенностей ЛТП в условиях функционирования системы «экипаж - самолет - среда обучения».

С учетом зарубежного опыта также можно констатировать, что данная проблема может быть успешно решена только в случае качественного преобразования инфраструктуры авиационных полигонов государственной авиации, путём внедрения в них принципиально новых инновационно-когнитивных технологий и создания автоматизированных комплексов ЛТП.

В целях решения указанной проблемы, по результатам анализа различных идей и мероприятий, направленных на повышения эффективности системы ЛТП, представляет интерес концепция преобразования инфраструктуры авиационных полигонов государственной авиации, позволяющая реализовать принципиально новый подход к организации ЛТП авиационных частей ВКС и последовательное совершенствование методик их обучения, обеспечивающее существенное повышение профессиональной подготовки экипажей и специалистов управления авиацией.

Концепция предполагает разработку автоматизированного комплекса ЛТП - «электронного полигона», приближающего условия подготовки и выполнение задач ЛТП к реальным боевым действиям с огневым, радиоэлектронным и маневренным противодействием в РМВ. «Электронный полигон» представляет собой новое направление в совершенствовании системы ЛТП подготовки ВВС и новый инструмент объективной оценки результатов учебно-боевых действий (УБД), как отдельных экипажей (групп), так и подразделений и частей в целом [6].

Инновационной основной концепции является объединение в рамках единого комплекса реальных, имитируемых и моделируемых объектов с целью создания ОТО и условий обучения, максимально приближающих УБД, при выполнении задач ЛТП, к реальным боевым. Это достигается моделированием и имитацией функционирования объектов ОТО, применения АСП, с обеспечением высокого уровня достоверности контроля результатов практических действий экипажей, подразделений и частей противоборствующих сторон в РМВ (рисунок 1).

Новизна технических решений состоит в информационном объединении в РМВ всех элементов (наземных, воздушных, реальных, имитируемых, моделируемых) и создаваемой информационной базы комплекса ЛТП - «электронного полигона» в единую систему, в разработке технических решений и алгоритмов программного обеспечения (ПО), обеспечивающих новые принципы обработки и передачи циркулирующей информации, получения, формирования и представления результирующей информации на автоматизированных рабочих местах (АРМ) группы руководства учением (ГРУ) в РМВ.

Рис. 1 Функции и цели создания комплекса ЛТП - «электронного полигона»

При этом ПО должно обеспечивать синхронизацию информационной базы, моделей и функционирование всех элементов комплекса в едином информационном пространстве на этапах планирования летно-тактических учений, управления, контроля и оценки всей совокупности задач и процессов, при выполнении задач ЛТП (ЛТУ) [3].

Особенностью перспективного комплекса ЛТП на основе «электронного полигона» является возможность создания любой ОТО независимо от материального обеспечения, а также получение объективной оценки результатов выполнения учебно-боевых задач экипажами, группами тактического назначения (ГТН) с учётом действий взаимодействующих и обеспечивающих сил и средств, мероприятий противодействия обусловленного «противника» в РМВ. Для этого в структуре «электронного полигона» предусмотрено наличие моделирующего комплекса и линии передачи данных «борт-земля». Кроме того, использование «электронного полигона» повышает безопасность полётов при выполнении задач ЛТП. Последнее обеспечивается специальными программами прогнозирования и представления информации ГРУ о возможности возникновения потенциально-конфликтной ситуации (ПКС) с отображением на индивидуальных и групповых средствах контроля всей текущей информации в РМВ: наземных и воздушных объектов ОТО, результатов применения АСП, противодействия средств ПВО, РЭБ и др.[7].

Основой решения этих задач является точная координатометрия всех объектов «электронного полигона», которая обеспечивается использованием спутниковой навигационной системы (СНС). Повышение точности определения координат АБК осуществляется за счёт использования контрольно-корректирующей станции СН-3022, которая, при работе в дифференциальном режиме, обеспечивает среднеквадратическую погрешность определения текущих значений навигационных параметров не превышающих: координат самолёта 1-5м; высоты 2-7м; скорости 0,1 м/с, при дискретности их выдачи с частотой 1Гц [8].

Для реализации указанной концепции, проверки концептуальных и технических решений организации и проведения ЛТП (ЛТУ) с обеспечением приближения условий УБД к реальным действиям и получения объективной оценки результатов в РМВ, предполагается что структура «электронного полигона» должна включать следующие компоненты (рисунок 2):

Рис. 2 Структура автоматизированного комплекса ЛТП - «электронный полигон»

Центр управления и контроля (ЦУК) с автоматизированными рабочими местами (АРМ) группы руководства учением (ГРУ), экраном коллективного пользования (ЭКП) и моделирующим комплексом (МК) в составе ЦУК должен обеспечивать:

- получение и ввод в базу данных характеристик АБК, АСП, сценариев ЛТП (ЛТУ), геодезической информации района полетов, решение прикладных задач, поиск оптимальных решений на выполнение задач ЛТП и др.);

- сбор, обработку, отображение реальной и имитируемой (моделируемой) информации, решение прикладных расчетных задач в объеме функциональных обязанностей, контроль действий и автоматизированную оценку результатов выполнения задач ЛТП экипажей, ГТН, авиационных подразделений и частей, ведение радиосвязи по линии «земля-борт», постановку вводных и обмен информацией с командными пунктами авиационных частей государственной авиации;

МК в составе ЦУК с пакетом прикладных программ, наземной аппаратурой передачи данных (АПД-Н) обеспечивает: ввод и моделирование сценариев ЛТУ, автоматизированное формирование заданной ОТО любого района действий авиации, отображение текущей и моделируемой радиолокационной информации на бортовых и наземных средствах индикации, расчет пограничных условий опасных ситуаций в ходе учебно-боевых действий и выдачу сигналов их предупреждения на индикаторы ГРУ, моделирование применения управляемых и неуправляемых АСП, противодействия средств ПВО и РЭБ, полетов ЛА, в соответствии с их пилотажно-навигационными характеристиками, формирование форматов оценки результатов ЛТУ (ЛТП).

Автоматизированный полигонный измерительный комплекс огневого полигона (АПИК-О) предназначен для регистрации результатов применения реальных АСП на огневом полигоне. Обеспечивает регистрацию, измерение, автоматическую обработку и отображение результатов реальных применений АСП на АРМ огневого полигона, передачу их в ЦУК в РМВ. Система сбора и определения результатов применения (ССОРП) АПИК-О включает:

- систему регистрации прямых попаданий (СРПП) - обеспечивает регистрацию и передачу в ЦУК данных о попадании в цель при стрельбе из пушечного вооружения в РМВ;

- телевизионную измерительную систему (ТВИС) - обеспечивает регистрацию и передачу в ЦУК точек разрывов при применении реальных АСП.

Автоматизированный полигонный измерительный комплекс тактического полигона (АПИК-Т) обеспечивает получение результатов условного «боевого» применения при моделировании и имитации применения АСП на всей территории авиационного полигона. Регистрация, обработка результатов и передача их в ЦУК производится системой регистрации лазерного пятна (СРЛП) в РМВ.

Бортовой информационный комплекс (БИК) с бортовой аппаратурой передачи данных (АПД-Б) - дополнительное оборудование, устанавливаемое на самолетах.

Обеспечивает сбор и обработку пилотажно-навигационной и прицельной информации с бортовых систем АК, передачу ее в ЦУК (МК) в РМВ, прием сигналов внешней моделируемой тактической, целевой и помеховой обстановки из ЦУКа, в соответствии со сценарием УБД, и передачу их в бортовые системы АК для отображения на штатных бортовых индикаторах признаков функционирования ОТО, имитации применения АСП всех разрешенных вариантов боевой зарядки АСП.

Предусматривается, что наземное и бортовое оборудование «электронного полигона» должно быть адаптировано к самолетам поколения 4++ (Су-30, Су-34, Су-35), использующие цифровые информационные системы.

Предусматривается два основных режима работы перспективного автоматизированного комплекса ЛТП:

- моделирования летно-тактических учений - для ввода сценария летно-тактического учения, предварительного выбора и оценки оптимального варианта решения на выполнение поставленной задачи, обеспечения проведение командно-штабных учений (КШУ).

- учебно-боевых действий (УБД - основной режим), для обучения и проверки уровня профессиональной подготовки экипажей, групп тактического назначения и СУА авиационных частей ВКС.

Режим УБД должен обеспечивать контроль, регистрацию, анализ и оценку действий экипажей и специалистов управления авиацией при отработке учебно-боевых задач по воздушным и наземным целям в условиях выполнения реальных полетов (одиночно или в группе) с моделированием действий (противодействия) авиации, средств ПВО и РЭБ обозначенного противника в РМВ (рисунок 3).

Рис. 3 Контролируемые действия экипажей в режиме УБД

Кроме того, режим должен обеспечивать проведение и оценку результатов летных экспериментов, испытаний новой авиационной техники, вооружения и решение исследовательских задач.

Эффективность работы «электронного полигона» во многом зависит от надежности и пропускной способности линий связи и характеристик аэронавигационных систем. Поэтому важной задачей синтеза «электронного полигона» является построение канала аппаратуры передачи (приема) данных между МК и БИК, обеспечивающего передачу информации с борта (на борт) АК, а также наземных линий связи с обеспечением необходимой и достаточной достоверности и надежности передаваемой информации. Канал передачи данных (АПД-Н, АПД-Б) должен обеспечивать возможность информационного обмена между ЛА и МК в РМВ в пределах всей площади контроля «электронного полигона» не менее 150 х 300 км, и диапазона высот 50 ч 25000 м.

Информация, передаваемая с борта ЛА, может состоять из постоянно передаваемых параметров и разовых команд.

Постоянно передаваемые параметры - текущие координаты самолета, параметры режима полета (курс, скорость, высота, крен, тангаж, перегрузка, и т.д.) используются для контроля и оценки навигации, а также обеспечения работы алгоритма автоматического определения возможности возникновения ПКС и заблаговременного формирования команд сигнализации о её возникновении на автоматизированных рабочих местах ГРУ. Эти параметры передаются с частотой не менее 1-10 Гц.

Разовые команды (сигналы) передаются с борта самолета в РМВ по мере их формирования. К таким командам относятся сигналы органов управления прицельно-навигационных комплексов, которые используются для контроля действий экипажа при выполнении задач с применением АСП, а также для определения момента начала моделирования траектории полета АСП при их условном применении.

Информация, передаваемая на борт ЛА содержит результаты моделирования: воздушной обстановки (отметки ЛА), применения моделируемых АСП «воздух-воздух» (при положительном результате о наведении воздушная моделируемая цель пропадает с экрана бортового прицела), признаков функционирования наземных и воздушных объектов ОТО, радиолокационных средств обозначенного противника (наземных, бортовых РЛС), средств огневого и радиоэлектронного противодействия и др.

Отображение этой информации на бортовых индикаторах обеспечивает восприятие экипажем реальной «боевой» обстановки в соответствии со сценарием ЛТУ.

Наземные каналы связи должны обеспечивать:

- передачу в РМВ на штатные наземные средства управления ЛА КП авиационных частей моделируемой воздушной и помеховой обстановки (отметки воздушных целей в зоне видимости РЛС с учетом углов закрытия местности), в соответствии с ОТО сценария учений;

- передачу в МК результатов реального и условного применения АСП по наземным целям (количество попаданий, координаты лазерного пятна).

В процессе выполнения задач ЛТП воздушная и наземная информация по линиям связи собирается в МК, где обрабатывается и отображается в ЦУКе на АРМ ГРУ в виде специализированных форматов: воздушная обстановка, кабинная информация с показаниями приборов и индикацией бортовых прицельных комплексов, результаты применения АСП по воздушным целям, по наземным целям на АПИК-О(Т), наблюдение из любой выбранной точки пространства, оценки экипажей (ГТН) и др.

Особенностью функционирования канала АПД являются специфические требования к динамическому диапазону приемной аппаратуры и конструктивной реализации антенных узлов, обеспечивающих передачу данных между ЛА и ЦУК, как на больших высотах и удалениях, так и на малых высотах, независимо от пространственного положения ЛА.

Исключение влияния корпуса ЛА на диаграмму направленности бортовой антенны и улучшение вероятностных характеристик приема может обеспечиваться установкой двух комплектов АПД с расположением антенно-фидерных узлов в разных частях ЛА. Такое построение и расположение антенн на фюзеляже самолета должно формировать сферическую диаграмму направленности, которая позволит вести информационный обмен в условиях динамичного противоракетного и противоистребительного маневрирования.

Вероятность достоверного приема информационных сообщений линии передачи данных (ЛПД) для обеспечения её надежного функционирования должна быть не менее 0,98, при этом для обеспечения целостного функционирования «электронного полигона» вероятность ошибки допустима на уровне не хуже 10-5, что является достижимым результатом при взаимном расположении объектов в зоне больших высот и удалений вплоть до предельных расстояний 300-400 км. Однако важное значение в организации ЛТП имеет обеспечение возможности отработки задач экипажами и ГТН выполняющими полеты на предельно малых высотах (50-70 м) на удалениях от ЦУК более 100 км.

Достижение заданных вероятностных характеристик работы в требуемой зоне функционирования ЛПД может быть обеспечено совокупностью технических решений, которые затрагивают ряд методов организации и построения ЛПД, а также методы реализации узлов аппаратуры передачи данных. К ним относятся:

- установка наземной антенны и аппаратуры передачи данных на большую (возможную в условиях аэродрома) высоту;

- установка бортовых антенн ЛПД в верхней и нижней частях фюзеляжа;

- использование ретранслятора на антенной мачте, в разрешенном месте на полигоне, с возможностью ретрансляции данных в ЦУК по оптоволоконному кабелю;

- использование одного ЛА в качестве ретранслятора информации;

- применение методов цифровой обработки с целью компенсации влияния помех;

- использование специального метода кодирования данных с возможностью поиска и исправления ошибок в информационных сообщениях.

Заключение

Таким образом, представленное обоснование концепции современной системы ЛТП - «электронного полигона» позволяет определить конструктивные параметры и характеристики измерительных комплексов и систем связи, возможность последовательного внедрения их в инфраструктуру авиационных полигонов государственной авиации в целях повышения достоверности контроля действий экипажей, ГТН и СУА при выполнении задач ЛТП, что значительно повысит эффективность практической подготовки летного и командного состава ВВС РФ.

Литература

1. Кураленко С.В. Тенденции изменения характера вооруженной борьбы в военных конфликтах первой половины XXI века. //Военная мысль, 2012, №11, стр. 40-46.

2. Криницкий Ю.В. Воздушно-космическая сфера, как главный театр военных действий. // Военная мысль, 2013, № 8, с.68-78.

3. Филин А.Д., Бестугин А.Р., Рачков В.П., Шатраков Ю.Г. Инновационно-когнетивная концепция развития обучающих средств в авиации.//Вестник воздушно-космической обороны, Вып.1(13), 2017, с.23-28.

4. Приказ Министра обороны РФ от 25.10.2001 N 431 «Об утверждении Федеральных авиационных правил по организации полигонной службы в государственной авиации» М.: МО РФ, 2002, - 160с.

5. Филин А.Д., Рачков В.П., Шатраков Ю.Г. Виртуальные авиационные электронные полигоны - состояние и тенденции развития. //Вестник воздушно-космической обороны. М.:- 2018. - №4. - с. 109-122.

6. Бестугин А.Р., Володягин А.В., Филин А.Д. Шатраков Ю.Г. Электронные полигоны для организации тактической подготовки летного и командного состава ВВС РФ.//Вестник воздушно-космической обороны, Вып. 2, 2014 г., с.16-23.

7. Бестугин А.Р., Рачков В.П., Шатраков Ю.Г. Развитие системы подготовки летных экипажей и специалистов боевого управления авиационных частей. // «Научный вестник Военно-космической обороны». М.: ГСКБ ОАО «Концерн ПВО «Алмаз-Антей», №1, 2013. - с. 12.

8. Яценков В.С. Основы спутниковой навигации. Системы GPS, NAVSTAR и ГЛОНАС .- М.: Телеком, 2005. - 272 с.

References

9. Kuralenko S.V. Trends in the nature of armed struggle in military conflicts of the first half of the XXI century // Military Thought, 2012, No. 11, p. 40-46.

10. Krinitsky Yu.V. Aerospace as the main theater of operations. // Military Thought, 2013, No. 8, p. 68-78.

11. Filin A.D., Bestugin A.R., Rachkov V.P., Shatrakov Yu.G. Innovative-cognitive concept of development of training tools in aviation. // Bulletin of aerospace defense. Issue 1 (13), 2017, P.23-28.

12. Order of the Minister of Defense of the Russian Federation of 25.10.2001 N 431 "On approval of the Federal Aviation Regulations on the organization of the landfill service in state aviation". Moscow: Ministry of Defense of the Russian Federation, 2002, - 160s.

13. Filin A. A., Rachkov V. P., Y. G. Shatrakov Virtual aviation e-landfills - status and development trends //Bulletin of aerospace defense. Issue 4, 2018. - №4. - р. 109-122.

14. Bestugin A.R., Volodyagin A.V., Filin A.D. Shatrakov Yu.G. Electronic training grounds for the organization of tactical training of flight and command personnel of the Air Force of the Russian Federation.// Bulletin of aerospace defense. Issue 2, 2014, p.16-23.

15. Bestugin A.R., Rachkov V.P., Shatrakov Yu.G. The development of a training system for flight crews and specialists of the combat control of aviation units // "Scientific Bulletin of Military Space Defense." M .: GSKB JSC Concern PVO Almaz-Antey, №1, 2013. - p. 12.

16. Yazenkov V. S. Fundamentals of satellite navigation. System GPS NAVSTAR and GLONASS .- Moscow: Telecom, 2005. - 272 p.

Размещено на Allbest.ru