Требования к подсистемам топогеодезического и навигационно-временного обеспечения автоматизированных систем управления военного назначения
НАУКА И ВОЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ № 2/2007, стр. 43-48
Требования к подсистемам топогеодезического и навигационно-временного обеспечения автоматизированных систем управления военного назначения
УДК 358.39
Полковник Г.П. КОБЕЛЕВ,
начальник навигационно-топографической службы Вооруженных Сил -
начальник навигационно-топографического управления
Генерального штаба Вооруженных Сил Республики Беларусь
С.Р. ГЕЙСТЕР,
главный научный сотрудник
Научно-исследовательского института
Вооруженных Сил Республики Беларусь,
доктор технических наук, профессор
Подполковник И.В. ЕВГЛЕВСКИЙ,
начальник отдела
Научно-исследовательского института
Вооруженных Сил Республики Беларусь
Возрастание напряженности и динамичности вооруженной борьбы последних десятилетий выдвигает на первый план проблему повышения эффективности боевого применения войск (сил) и оружия. По мнению военных специалистов, наиболее быстрый и экономичный путь увеличения боевого потенциала вооруженных сил заключается в приоритетном развитии и широком использовании автоматизированных систем управления военного назначения (АСУВН), систем и средств связи, а также геоинформационных и навигационных технологий, обеспечивающих оперативное принятие обоснованных решений должностными лицами органов военного управления и доведение их до подчиненных подразделений. Необходимым условием комплексного решения задачи повышения эффективности управления войсками и оружием является выполнение мероприятий по топогеодезическому обеспечению (ТГО) и навигационно-временному обеспечению (НЮ).
Сегодня проблема оперативного получения и использования данных о местности приобрела исключительную актуальность. Так, по оценке зарубежных военных экспертов, в ходе боевых действий 80% трудозатрат по организации управления связано с поиском ответов на вопросы: «Где нахожусь?», «Где свои?», «Где противник?» [1].
Маневренный и динамичный характер вооруженного противоборства в современных условиях предполагает особый подход к изучению и оценке местности в системе поддержки принятия решения на ведение боевых действий, в основе которого лежат геоинформационные технологии. Такой подход отличается высокой оперативностью и объективностью, успешно реализуется в комплексе программно-аппаратных средств (КПАС), обеспечивающем решение задачи оценки местности, и позволяет выявлять в интересах войск участки, обладающие наилучшими оперативно-тактическими свойствами, сокращать время на подготовку и выполнение боевых задач, эффективно использовать имеющиеся силы и средства.
Оценка местности на основе цифровой картографической информации в рамках КПАС предусматривает [2]:
установление параметров пространственного размера оцениваемой территории и данных для нахождения оптимальных решений задач управления войсками и оружием;
локализацию элементарных участков на цифровой (электронной) карте и вычисление значений требуемых параметров объектов местности в пределах каждого участка;
вычисление комплексных количественных характеристик тактических свойств элементарных участков местности в пределах оцениваемой территории;
отображение реальной обстановки на поле боя и т.д.
КПАС в современных АСУВН позволяет решать задачи визуализации геопространственных параметров подвижных объектов управления и других мобильных средств, является технической составляющей подсистем топогеодезического и навигационно-временного обеспечения (ПТГ НВО) АСУВН.
КПАС ПТГ и НВО включает типовые технологические модули, создаваемые с использованием цифровых интерактивных вычислительных систем, функциональная адаптация которых обеспечивается благодаря широко развитым средствам дисплейной и графической периферии, а также специализированного геоинформационного и программного обеспечения. Объединение таких модулей, способных накапливать, обрабатывать, хранить и обновлять топогеодезическую информацию (ТГИ) и навигационно-временные данные (НВД), позволяет создать оперативно перестраиваемые системы ТГО и НВО процесса управления оружием и войсками.
1. Опыт использования навигационных систем и геоинформационных технологий в вооруженных силах зарубежных государств
Основной тенденцией развития АСУВН в вооруженных силах стран НАТО является объединение геоинформационных, навигационных и радиотехнических технологий в виде КПАС в различных вариантах по назначению, некоторые элементы которого представлены на рис. 1. КПАС позволяет решать следующие задачи:
контроль местоположения и состояния сил и средств в режиме реального времени (с использованием наземных радионавигационных систем, спутниковых радионавигационных систем и инер-циальных навигационных систем);
полноценный радиообмен информацией на всей контролируемой территории;
обмен цифровыми данными для решения задач целеуказаний и технологическими данными;
сбор и обработка разведывательной информации, а также передача ее на пункты управления для анализа в режиме реального (или близкого к нему) времени.
В основном перечисленные выше задачи решаются на основе использования спутниковых радионавигационных и инерциальных навигационных систем.
Создание системы GPS NAVSTAR, позволяющей наводить на цель высокоточное оружие, оказало решающее влияние на эффективность боевого применения оружия всех видов вооруженных сил (ВС) США и их союзников в вооруженных конфликтах и локальных войнах последних лет. Спутниковая и другая навигационная аппаратура обеспечивали в целом надежную ориентировку на местности и точное наведение средств поражения на цель даже в неблагоприятных погодных условиях. Эффективность спутниковой навигационной системы была впервые продемонстрирована в войне с Ираком, что дало мощный толчок массовому производству и применению приемников GPS (таблицы 1, 2).
|
|
|
Малогабаритные и простые в использовании приемники GPS позволяют, в комплексе с использованием современных средств ТГИ, решить проблему ориентирования войск в незнакомой пустынной местности в любое время суток.
Инерциальные навигационные системы долгое время за рубежом считались слишком дорогими и громоздкими для применения в наземной навигации и геодезии. Однако достижения микроэлектроники, наличие приемлемых по цене, компактных и точных гироскопов и акселерометров изменило ситуацию, что позволило включить инерциальные системы в качестве дублирующих в КПАС.
Наиболее характерным представителем навигационных систем, использующих спутниковые и инерциальные способы получения НВД, является навигационная система тактической навигации TACNAV (рис. 2), предназначенная для использования в боевых машинах пехоты, бронеавтомобилях и разведывательных автомобилях в составе комплексной системы управления огнем. Основные характеристики системы TACNAV представлены в таблице 3.
Спутниковые радионавигационные системы (СРНС) при использовании на наземных объектах в настоящее время не могут считаться достаточно надежными в условиях боевых действий с использованием радиотехнических средств подавления, поэтому в системе TACNAV используется точный приемник GPS в сочетании с автономной навигационной аппаратурой геомагнитного типа - электронным компасом и одометром. Кроме этого, в состав системы входит датчик угла поворота башни, лазерный дальномер и, в необходимых случаях, одноосный волоконно-оптический гироскоп.
Электронный компас с одометром обеспечивает определение местоположения даже при отсутствии доступа к системе GPS. Электронный компас представляет собой двухосный датчик магнитного поля (феррозонд) с кольцевым сердечником, свободно плавающим в специальной жидкости для сохранения горизонтального положения. Навигационный комплекс TACNAV обеспечивает непрерывное обновление навигационной информации, необходимой командиру и водителю.
Датчик угла поворота башни полностью интегрирован в систему TACNAV. После получения отсчета с лазерного дальномера система обеспечивает командира информацией о цели. С использованием информации об ориентации башни и корпуса бронемашины в горизонтальной плоскости, ее координатах и координатах цели обеспечивается возможность непрерывного целеуказания даже при высокоскоростном маневрировании. Кроме того, информация угла поворота башни используется также для того, чтобы компенсировать магнитное отклонение компаса, вызванное изменением ориентации башни.
Российским аналогом системы TACNAV является навигационная аппаратура АЗИМУТ (рис. 3), предназначенная для определения координат местоположения, дирекционных углов направления движения, дальности и углов до контрольных точек маршрута, пройденного пути и скорости подвижных наземных объектов, включая объекты на тяжелых колесных и гусеничных шасси.
Аппаратура АЗИМУТ обеспечивает определение навигационных параметров на основе комплексной обработки информации, поступающей от автономной навигационной системы магнитного типа и приемника СРНС, входящих в состав аппаратуры. В аппаратуре предусмотрена возможность выдачи синхросигналов единого времени.
Анализ состояния и тенденций развития навигационных систем в вооруженных силах зарубежных государств позволяет определить следующие основные условия повышения эффективности управления войсками и оружием Вооруженных Сил Республики Беларусь:
широкое внедрение навигационных систем, позволяющих оперативно определять местоположение объектов на местности с необходимой для войск точностью;
необходимость поддержки принятия решения на основе современных геоинформационных и навигационных технологий;
организация процесса передачи ТГИ и НВД по каналам связи, соответствующим современным требованиям войск.
Важнейшим направлением развития систем навигации сегодня является их комплексирование и совместная обработка ТГИ и НВД, получаемых от различных систем и устройств.
Объединение (интеграция) оборудования в единый функционально, структурно и конструктивно взаимосвязанный навигационный комплекс позволяет полнее использовать имеющуюся на борту подвижных объектов избыточность информации, благодаря чему появляется возможность повышения точности, помехоустойчивости, непрерывности и надежности навигационных определений, расширения круга решаемых задач и улучшения качества их выполнения [3].
С применением простейших алгоритмов комплексирования предусматривается отображение на электронных картах навигационных систем НВД (координат, скорости и направления движения мобильных объектов, оснащенных навигационной аппаратурой потребителей (НАЛ) СРНС, при ее нормальной работе и информации автономной системы при неработоспособности НАП СРНС). Аппаратурной основой комплексирования является наличие в навигационных системах цифровых вычислителей и стандартных линий информационного обмена.
Эффективное управление войсками и современными системами вооружения невозможно без обеспечения их геопространственной информацией, представленной в цифровой форме, то есть цифровой информацией о местности. Цифровая информация о местности (ЦИМ) - это специальный вид информации, включающий совокупность представленных в цифровой форме сведений о местности и других топогеодезических данных, необходимых для работы командиров и штабов. ЦИМ может быть представлена в виде цифровых карт местности, электронных карт местности, цифровых моделей местности, цифровых ортофотопланов местности, цифровых фотоснимков местности и т.д.
Создание, доведение до потребителей и использование при подготовке и в ходе боевых действий ЦИМ должны обеспечить решение органами военного управления следующих основных задач:
изучение и оценку характера и тактических (оперативно-тактических) свойств местности;
автоматизированное отображение местности на электронной карте;
определение координат стационарных и движущихся объектов и целеуказание в реальном масштабе времени;
решение расчетных задач и наглядное отображение полученных результатов на компьютерных средствах визуализации;
подготовку исходных данных о местности для ввода во взаимодействующие системы;
решение задач наземной и воздушной навигации;
управление и наведение на цель высокоточного оружия;
разработку боевых графических документов;
моделирование операций (боевых действий) с учетом географического фактора.
К цифровой информации о местности, составляющей основу подсистем топогеодезического и навигационно-временного обеспечения, предъявляются следующие основные требования:
цифровое описание объектов и элементов местности должно выполняться в принятой для топографических карт системе координат;
состояние местности и ее характерные особенности должны отражаться с достоверностью, точностью и полнотой содержания, соответствующей исходным материалам на период создания ЦИМ;
обеспечение возможности определения прямоугольных и географических координат, значений абсолютных и относительных высот точек местности, а также качественных и количественных характеристик и параметров взаимного расположения объектов местности с точностью, соответствующей масштабу карты;
согласование всей ЦИМ между собой, между смежными номенклатурными листами того же масштаба и по всему масштабному ряду с учетом генерализации;
обеспечение защиты цифровой информации и ее носителей от несанкционированного доступа, а также длительной сохранности информации в различных условиях.
2. Облик комплекса программно-аппаратных средств подсистемы топогеодезического и навигационно-временного обеспечения
Основными элементами, обеспечивающими работу КПАС ПТГ НВО, являются:
банки цифровой информации о местности;
системообразующие средства СРНС;
системообразующие средства наземной РНС.
Унифицированный КПАС ПТГ НВО (рис. 4) автоматизированных систем управления военного назначения тактического звена включает в себя следующие основные элементы.
Рис. 4. Облик унифицированного КПАС ПТГ НВО тактического уровня
1. Комплекс средств, интегрированных в подвижный пункт управления соединения.
2. Набор унифицированных комплексов средств, интегрированных в подвижные пункты управления частями, входящими в состав соединения. Количество таких комплексов соответствует количеству подчиненных частей.
3. Набор унифицированных комплексов средств, интегрированных в подвижные пункты управления подразделениями, входящими в состав соответствующих частей. Количество таких комплексов соответствует количеству подчиненных подразделений в соответствующей части.
4. Набор индивидуальных комплектов навигации, устанавливаемых на подвижные средства или выдаваемых специальным группам, которые входят в состав соответствующего подразделения. Количество таких индивидуальных комплектов навигации соответствует количеству подвижных средств и специальных групп в составе подразделения.
В данной структуре реализуются иерархический сбор НВД (снизу вверх), передача команд управления сверху вниз, передача информации о действиях, состоянии и противнике снизу вверх.
Все унифицированные комплексы средств, интегрированных в подвижные пункты управления, имеют одинаковый состав:
средства приема-передачи данных, обеспечивающие обмен с подчиненными частями (подразделениями, подвижными средствами (специальными группами));
средства приема-передачи данных, обеспечивающие обмен с вышестоящим командным пунктом;
универсальный модуль навигации, позволяющий определять местоположение подвижного пункта управления.
Отличия унифицированных комплексов различного уровня управления состоят только в возможностях средства приема-передачи данных, которые обеспечивают двусторонний цифровой обмен и стыкуются с автоматизированными рабочими местами боевых расчетов подвижных пунктов управления.
Устойчивость функционирования линий приема-передачи данных определяется помехоустойчивостью средств и аппаратурой системы связи. Наиболее устойчивой является так называемая «сотовая» структура, в которой организуется адаптивное к обстановке изменение путей приема-передачи данных.
Отдельно необходимо остановиться на индивидуальном комплекте навигации. Такие комплекты, установленные на подвижных средствах или выдаваемые специальным группам, должны иметь в своем составе средства отображения информации и средства ввода информации (свое состояние, действия, данные о противнике).
Кроме того, эти индивидуальные комплекты навигации должны иметь возможность непосредственной стыковки со средствами приема-передачи данных или иметь их в своем составе.
Вариант структуры универсального модуля индивидуального уровня или уровня подразделения (рис. 5) включает:
модуль навигации, содержащий набор необходимых элементов позиционирования и навигации;
преобразователь-адаптер, обеспечивающий преобразование координат, формируемых модулем навигации, в вид, удобный для использования элементами отображения;
элементы отображения и ввода данных, которые обеспечивают отображение координат, команд управления и ввод данных (о состоянии, действиях и противнике);
шифратор, предназначенный для шифрации передаваемых навигационно-временных данных и дополнительных данных, вводимых с помощью элементов отображения и ввода данных;
карту шифров, которая содержит набор ключей шифра передачи и шифра приема;
дешифратор, предназначенный для дешифрации принятой информации от вышестоящего пункта управления, которая включает команды управления;
средство приема-передачи данных, которое предназначено для приема и передачи цифровой информации с использованием радиоволн.
Принципы работы данного модуля заключаются в следующем. НВД с модуля навигации поступают через преобразователь-адаптер на элементы отображения, которыми могут быть жидкокристаллический индикатор или цифровая жидкокристаллическая (светодиодная) матрица. Наиболее приемлемым вариантом является жидкокристаллический индикатор с сенсорным вводом (или другим вариантом ввода) данных. При этом на индикаторе отображается фрагмент цифровой карты местности с точкой местонахождения, а также команды управления, поступающие от вышестоящего командира по линии «средства приема-передачи - дешифратор». Дешифрация принятой цифровой группы осуществляется в соответствии с действующим ключом шифра приема, который поступает на дешифратор с карты шифров. Навигационно-временные данные вместе с передаваемыми дополнительными данными, включающими номер подвижного средства или спецгруппы, поступают на шифратор, который осуществляет их кодирование в соответствии с действующим ключом шифра передачи и преобразование в передаваемую цифровую группу. Эта группа последовательным кодом передается на модулятор передающего канала средства приема-передачи и, после преобразования в радиосигнал, передается на средства приема-передачи вышестоящего командира (пункта управления).
Необходимо отметить важное требование к средству приема-передачи - работа данного средства должна быть скрытной, а само средство - помехозащищенным. Оба эти требования выполняются при использовании для передачи каждого бита информации кодофазоманипулированного сигнала с кодом модуляции «М-последовательность». Данный вариант возможен и предполагает использование длинной М-последовательности, так как объем передаваемой информации мал.
3. Требования к подсистемам топогеодезического и навигационно-временного обеспечения автоматизированных систем управления военного назначения
Анализируя вышеизложенный материал, можно предъявить основные требования, предъявляемые к КПАС ПТГ НВО.
Для реализации основных принципов использования ЦИМ и НВД в АСУВН необходима реализация соответствующих требований к построению подсистемы навигационно-временного обеспечения.
Основными требованиями к построению подсистемы НВО являются следующие.
Требование 1. Функционирование в единой системе координат.
Функционирование всех средств (получения, обработки и использования НВД и ЦИМ) в единой системе координат исключает:
процессы пересчетов данных разведывательных средств в координаты подвижных (движущихся) средств поражения;
ошибки, возникающие при пересчетах;
временные затраты на проведение пересчетов.
Требование 2. Сбор информации реализуется по иерархии в подчиненности.
Реализация этого требования заключается в сборе информации от нижестоящих (по подчиненности) подразделений к командиру, которому они подчинены. Это позволяет оптимально реализовать и использовать цифровые линии передачи-приема данных, исключить завышенные требования к ним, повысить скрытность их работы.
Требование 3. По мере снижения уровня управления оперативность обновления информации растет.
При этом выполняется требование оптимальности применительно к оперативности обновления информации о координатах и действиях своих подразделений и подразделений противника. Оптимальность оперативности заключается в следующем - наибольший темп обновления информации должен быть на нижнем уровне управления (управление подразделениями), а по мере возрастания уровня управления темп должен снижаться. Реализация требования оптимальности оперативности обновления обеспечит правильную загрузку линий передачи-приема данных при одновременном выполнении требования по оперативности ее обновления.
Требование 4. Защита информации от перехвата противником и несанкционированного доступа на всех уровнях.
Реализация данного требования предполагает:
шифрование ТГИ и НВД на всех этапах передачи этих данных (от первичных источников и выше);
защиту баз (банков) данных о ЦИМ от несанкционированного доступа с целью получения информации или ее изменения (внесения систематических ошибок);
защиту программного обеспечения.
Требование 5. Совмещение навигационно-временных данных с информацией управления в одной сети приема-передачи.
Совмещение передаваемых (принимаемых) навигационно-временных данных с унифицированными командами и докладами в одной сети передачи-приема данных, реализуемых средствами связи, повысит возможности АСУВН и устойчивость управления.
Данное требование, в зависимости от уровня передаваемой информации (тематическая информация или геопространственная информация с тематическим слоем электронной карты), определяет загруженность каналов приема-передачи и подходы к их созданию.
Требование 6. Использование единого времени.
Реализация этого требования обеспечивает точную синхронизацию действий подразделений и применения оружия.
Требование 7. Автоматический ввод и выдача данных.
Это требование предполагает:
автоматическую выдачу НВД с первичных источников;
автоматический ввод данных в вычислительные системы автоматизированных рабочих мест АСУВН.
Требование 8. Адаптация цифровой информации о местности под особенности задач, решаемых в АСУВН.
Данное требование предполагает преобразование ЦИМ в программном обеспечении АСУВН в соответствии со спецификой задач, решаемых на различных автоматизированных местах АСУВН.
Требование 9. Автоматическое решение всех задач на основе оперативных НВД и ЦИМ.
Реализация этого требования позволяет достигнуть нового качественного уровня в решении всех типовых задач (тактических, огневых и пр.) на основе оперативных НВД и ЦИМ.
Требование 10. Многофункциональность индивидуальных навигационных комплексов по приему, отображению, вводу информации о противнике и передаче.
Требование многофункциональности предполагает обеспечение в индивидуальном навигационном комплекте следующих возможностей:
ввода и передачи координат обнаруженного противника, а также минимальных данных об этом противнике (мотострелковое подразделение, самоходные артиллерийские установки, колонна, летательный аппарат (и направление полета) и пр.);
автоматического приема и отображения на малогабаритном индикаторе унифицированных команд от вышестоящего командира;
возможное наличие в индивидуальном навигационном комплексе геоинформационной основы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Елюшкин В.Г., Долгов Е.И., Яблонский Л.И.. Проблемы обеспечения топогеодезической информацией тактических звеньев управления войсками //Военная мысль. - 2001. - № 4.
2. Иванов В.И., Маркус А.И. Оценка местности в автоматизированных системах управления войсками // Военная мысль. - 1999. - № 6.
3. Соловьев Ю.А. Спутниковая навигация и ее приложения. - М.: Эко-Трендз, 2003. - 326 с.
