Концептуальная модель современной системы видеонаблюдения с автоматизированным снайперским комплексом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Концептуальная модель современной системы видеонаблюдения с автоматизированным снайперским комплексом

Леонов М.Б.

Назаров В.Н.

Рассматривается концепция разработки системы видеонаблюдения с автоматизированным снайперским комплексом, позволяющая управлять огнем дистанционно. Определение координат целей в системе выполняется при помощи специального оборудования (беспилотные летательные аппараты, трехкоординатный целеуказатель). При наведении на цель все поправки на стрельбу вводятся в автоматическом режиме.

Снайперское оружие с момента появления пережило несколько взлетов и падений своей востребованности. Это было вызвано изменением тактических концепций его использования. Учет опыта ряда региональных конфликтов последних лет, особенности ведения современных локальных войн (в том числе, горных) вызвали закономерный рост применения снайперского оружия за счет расширения его функциональных возможностей [1].

В настоящее время основным направлением развития прицельной техники является ее компьютеризация, за счет которой становится возможным автоматизировать ввод поправок на стрельбу, и самое главное, передавать изображение поля зрения прицела по каналам связи, что позволит удалить стрелка от линии огня и управлять огнем дистанционно.

В свою очередь, оптико-электронная техника видеонаблюдения развивается по пути универсализации (создание приборов, работающих в различных спектральных диапазонах, пригодных для использования в различное время суток и в сложных погодных условиях), а также автоматизации и реализации возможности удаленного доступа к основным функциям прибора. Все это возможно за счет использования новых технологий, современной элементной базы и конструктивных решений.

Существующие в настоящее время системы видеонаблюдения применяются для различных целей: от охраны территории (системы видеонаблюдения, работающие в различных условиях), до спасения людей и проведения разведки (беспилотные летательные аппараты).

Разработки по автоматизации управления огнем на основе информационных технологий успешно ведутся за рубежом: управление перспективных исследований и разработок Министерства обороны США (разработало концепцию системы управления боем под названием PCAS (Persistent Close Air Support непрерывная ближняя авиационная поддержка), представляющую собой совокупность коммуникационных сетей, каналов передачи данных, цифровых систем наведения и управления огнем. Система подразделяется на два комплекса: воздушный (на основании переданных с земли данных рекомендует пилотам оптимальные маршруты для захода на цель) и наземный (в реальном времени выводит на тактический дисплей пехотинца всю необходимую информацию от данных воздушной разведки).

Благодаря этой системе, можно добиться более быстрого, точного и скоординированного взаимодействия между воздушными и наземными силами в напряженных условиях реальных боевых действий. Некоторые компоненты PCAS уже прошли первые крупномасштабные испытания. С декабря 2012 до марта 2013 г. дислоцированные в Афганистане части использовали планшетные компьютеры на основе операционной системы Android, оснащенные программным обеспечением наземного комплекса PCAS [2].

Рис. 1. Концептуальная модель системы управления огнем Persistent Close Air Support (PCAS)

В начале 2013 г. американская компания TrackingPoint представила на выставке CES 2013 макет компьютеризированного снайперского комплекса PGF (Precision Guided Firearm высокоточное огнестрельное оружие). Стрелковое оружие оснащается специальным оптическим прицелом, работающим на операционной системе Linux и оборудованным модулем беспроводной сети. Конструкция такого прицела представлена на рис. 1. Для точного поражения объекта стрелку необходимо обнаружить его через прицел и "пометить цель" при помощи соответствующей кнопки рядом со спусковым крючком. При нажатии спускового крючка выстрел произойдет не сразу: сначала комплекс перейдет в боевую готовность и потребует вручную скорректировать прицел. Выстрел произойдет, как только перекрестие прицела совпадет с помеченной целью. За счет модуля беспроводной сети снайперский комплекс может синхронизироваться с планшетами и телефонами на операционных системах iOS или Android. Вся информация о стрельбе фиксируется на встроенном накопителе информации в прицеле. Электронный блок, помимо модуля беспроводной сети, включает в себя: датчики давления и температуры, баллистический калькулятор, компас, а также USB-порт для подключения к ПК [3].

Рис. 2. Конструкция прицела снайперского комплекса PGF

Тем не менее, подобная разработка не позволяет полностью автоматизировать ведение огня по целям нет возможности удаленного управления стрельбой. Также в текущей модели не было возможности автоматизированного ввода поправки на скорость ветра.

Поэтому возникает вопрос о разработке системы видеонаблюдения с автоматизированным снайперским комплексом, включающим в себя не только оружие с многофункциональным прицелом, но и дополнительные устройства, необходимые в условиях проведения боевых действий. Первым шагом создания этой системы является разработка концептуальной модели. В основе концепции современной системы видеонаблюдения, представленной на рис.3, лежит полная автоматизация ведения огня при удалении самого снайпера от линии огня. Снайпер, практически являющийся в этой системе оператором, находится в укрытии с известными координатами (широта ц0, долгота л0, высота над уровнем моря h0), вне прямой видимости цели, и при наличии специального оборудования, управляет огнем дистанционно. Для таких целей у оператора должен быть экран (или планшетный компьютер) соединенный (посредством проводной или беспроводной связи) с автоматизированным снайперским комплексом (АСК) с известными координатами (широта ц1, долгота л1, высота h1) и выдающий визуальную информацию с прицела оружия. Для определения абсолютных координат положения оператора и снайперского комплекса используется ГЛОНАСС-спутник и навигатор [4].

Рис. 3. Концептуальная модель системы видеонаблюдения на основе автоматизированного снайперского комплекса

Для того чтобы найти цель в поле зрения прицела оператору необходимо знать координаты объекта. Их можно получить при помощи специального оборудования, например, беспилотных дистанционно пилотируемых летательных аппаратов (БПЛА) либо трехкоординатного оптико-электорнного целеуказателя [5, 6].

В случае использования БПЛА, необходимо обеспечить возможность фото- или видеосъемки местности, с возможностью определения координат подозрительных объектов в автоматическом режиме, посредством специальных алгоритмов, заложенных в программу летательного аппарата. Результаты такой разведки должны быть сохранены в памяти прибора, и извлечены по его возвращении на базу, либо переданы по беспроводной сети.

При этом необходимо обеспечить разрешающую способность объектива и ПЗС-матрицы оптической системы БПЛА необходимую и достаточную для обнаружения, распознавания и идентификации целей [7]. Управление летательным аппаратом осуществляется оператором посредством специального оборудования, работающего на основе данных ГЛОНАСС-спутников. Оператор задает маршрут БПЛА до начала разведки (широта ц3m, долгота л3m, высота над уровнем моря h3m). При этом обеспечивается передача данных о местоположении БПЛА (широта ц3, долгота л3, высота над уровнем моря h3), при отклонении от заданного маршрута корректировка курса (широта ц3, долгота л3, высота над уровнем моря h3), осуществляется посредством ГЛОНСАСС-спутника.

Определение координат цели возможно как оптико-электронным оборудованием [8], так и при помощи компактных радиолокационных модулей [9]. При этом оператор дает необходимую команду на пульт управления БПЛА по фиксированию координат объекта. Необходимо учитывать, что ошибка определения координат БПЛА напрямую влияет на ошибку в измерении координат объекта. В зависимости от аппаратной части БПЛА, могут быть получены различные координаты объекта относительно беспилотного аппарата. Например, широта цm, долгота лm, высота над уровнем моря hm или расстояние до объекта Dm, угол места еm и азимут цели Аm. В первом случае, координаты могут быть сразу переданы оператору для наведения на цель, во втором - координаты до передачи должны быть преобразованы в абсолютные (широта цm, долгота лm, высота над уровнем моря hm).

В случае невозможности использования БПЛА (например, при целеуказании в горных районах), существует возможность использования информации от разведчика, экипированного трехкоординатным оптико-электорнным целеуказателем. В этом случае также будут получены дальность Dm, азимут Am, угол места еm над уровнем горизонта, но уже относительно наблюдателя [5, 6]. Далее, зная местоположения разведчика с целеуказателем (широта цтцу, долгота лтцу, высота над уровнем моря hтцу), координаты переводятся в абсолютные (широта цm, долгота лm, высота над уровнем моря hm) и передаются оператору.

После получения координат цели оператор вводит данные в терминал (персональный компьютер), обеспечивающий вывод поля зрения прицела на экран. При этом, необходимо обеспечить компенсацию поворота ствола оружия (посредством, например, акселерометра) для предотвращения наклона изображения на экране, возникающее вследствие неточной работы механизмов наведения. Далее необходимо последовательно обнаружить, распознать и идентифицировать цель. Процессы являются вероятностными, и их успешная реализация зависит от ряда случайных факторов (например, яркость или контрастность изображения на экране). В связи с тем, что наведение на цель осуществляется с помощью системы видеонаблюдения, имеет смысл ввести термин "видеонаведение" - наведение на цель оператором системы видеонаблюдения. В случае невозможности обнаружения цели, в системе видеонаблюдение используется функция обработки изображения с целью выделения объекта типа "мишень-цель".

После наведения на цель определяются метеорологические условия стрельбы (давление, температура, влажность, скорость ветра). Эти данные измеряются советующими датчиками и вводятся в снайперский комплекс в автоматическом режиме. Далее оператор подает команду введения угла прицеливания в автоматическом режиме. Включается дальномер, который определяет дальность до цели относительно винтовки. Согласно баллистической таблице, хранящейся в памяти стрелкового комплекса, вводятся углы прицеливания (соответствующие измеренной дальности) в вертикальной и горизонтальной плоскостях с учетом поправки на деривацию.

По результатам разработки концептуальной модели системы видеонаблюдения необходимо создать конструкцию оптического прицела для снайперского комплекса. Таким образом, целью дальнейшего научно-технического исследования является анализ метрологических и вероятностных характеристик прицельной техники, а также создание универсального прицела, способного с высокой вероятностью обнаружить, распознать и идентифицировать объект типа "мишень-цель" на дистанциях до 1 км. Основными задачами являются: выработка технических требований к отдельным узлам прицела; подбор элементной базы прицела (вариофокальный объектив, ПЗС- или КМОП-матрица, дополнительное электронное оборудование); анализ и оценка метрологических характеристик прицела на стадии его проектирования; расчет "электронной" сетки прицела; создание конструкции прицела; исследование возможностей автоматизации ввода баллистических и метеорологических поправок при стрельбе. По результатам разработки прицела необходимо оценить вероятности обнаружения, распознавания и идентификации по критерию Джонсона. По результатам теоретической оценки вероятностных характеристик прицела будет сделан вывод о дальности его действия. При дальнейшей его разработке будет исследована возможность совмещения каналов (видимого и ИК- диапазонов). снайперский видеонаблюдение беспилотный

В результате планируется получить систему способную передавать изображение на удаленный терминал для применения в составе системы видеонаблюдения с автоматизированным снайперским комплексом и устройствами целеуказания. Данная разработка может использоваться в качестве охранной системы, для наблюдения за территорией, либо для специального назначения в качестве системы упреждения опасности.

Список использованных источников

1. Бельский А.Б., Майков Б.П. Снайперские панкратические прицелы нового поколения // "Вопросы оборонной техники", 2009, серия 16, №9-10

2. Цифровое поле боя // Популярная механика URL: http://www.popmech.ru/blogs/post/5479-tsifrovoe-pole-boya (Дата обращения: 20.01.2014)

3. Boyd B., Lupher J. Precision Guided Firearms: Disruptive Small Arms Technology // Proc. SPIE, Display Technologies and Applications for Defense, Security, and Avionics VII, 2013, Vol. 8736

4. Яценков В.С. Основы спутниковой навигации. Системы GPS NAVSTAR и ГЛОНАСС. - М: Горячая линия-Телеком, 2005. - 272 с: ил.

5. Леонов М.Б., Разумовский И.Т. Концептуальная модель трехкоординатного оптико-электронного целеуказателя // Изв. Вузов. Приборостроение. 2013. т. 56, №11, с. 73-77

6. Леонов М.Б. Разработка трехкоординатного целеуказателя для топографических задач // Аннотированный сборник научно-исследовательских выпускных квалификационных работ магистров НИУ ИТМО. - СПб: НИУ ИТМО, 2013. - С. 151-154.

7. Ростопчин В.В., Дмитриев М.Л. Применение цифровых оптических систем для беспилотных летательных аппаратов // Беспилотная авиация URL: http://uav.ru/articles/opteq_uav.pdf (Дата обращения: 20.01.2014)

8. Зеленюк Ю.И., Костяшкин Л.Н. ФГУП "ГРПЗ": новые возможности приборного обеспечения БПЛА // Национальная оборона, 2009, т. 34, №1

9. Волков М. Новые возможности беспилотной разведки // Беспилотная авиация // URL: http://uav.ru/articles/sar_for_uav.pdf (Дата обращения: 20.01.2014)

Размещено на Allbest.ru