Гидроакустические станции миноискания ВМС Франции ч2 (2018)
В. Спиридонов,
кандидат технических наук;
подполковник А. Белкин
В первой части статьи* авторы подробно остановились на ведущей роли активных гидроакустических средств при поиске мин. В частности, речь шла о современных гидроакустических станциях (ГАС), состоящих на вооружении французских ВМС: TSM 2022Мк 3, заменившей DUBM-21D (TSM2021), а также DUBM-41 и -44. Были показаны их технические возможности, сравнительные характеристики, особенности работы и перспективы совершенствования.
Компанией "Тэйлс андервотер системз" в рамках программы ESPA-DON при финансовой поддержке главного управления вооружений (DGA) министерства обороны Франции разработана и прошла испытания новая гидроакустическая система SAMDIS (Synthetic Aperture Mine Detection and Imaging System). Она предназначена для обнаружения мин и отображения подводной обстановки. Благодаря своей компактности и модульности система может быть размещена на НПА и на буксируемом аппарате (рис. 1).
 |
| Рис. 1. Варианты установки системы SAMDIS на НПА (вверху) и буксируемый аппарат (внизу) |
 |
| Рис. 2. Состав системы SAMDIS: 1 - ГАС переднего обзора/обнаружения препятствий; 2 и 4- многоаспектная ГБО СА; 3 - ГБО СА отображения обстановки и интерферометрическая ГБО СА; 5 - ГАС обзора пространства по правому и левому борту НПА |
 |
| Рис. 3, Блок-диаграмма функционирования системы SAMDIS: 1 - инерциальная навигационная система; 2 - данные, получаемые системой SAMDIS; 3 - автономное решение задач обнаружения и классификации мин; 4 - интерферометрическая ГБО СА /интерферометрическая антенна; 5 - БО СА (обзор по траверзу); 6 - БО СА (кормовые КУ); 7 - БО СА (носовые КУ); 8 - интерферометрическая обработка; 9 - автоматическое распознавание контактов; 10 - результаты интерферометрической обработки; 11 - результаты многоаспектного обзора; 12 - результаты автоматического распознавания контактов; 13 - последующая обработка информации и анализ обстановки |
 |
| Рис. 4. Изображения с кормовых и носовых курсовых углов (1 и 3) и по траверзу (2) |
 |
| Рис. 5. Обнаружение мины за препятствием |
 |
| Рис. 6. Акустические изображения площадки дна, помученные с кормовых (слева) и носовых курсовых углов (справа), а также по траверзу (в центре) |
 |
| Рис. 7. Фрагменты изображений, полученных по методу СА, характеризуют изменение формы тени объекта |
 |
| Рис. 8. Фотография наклонной площадки (вверху) и ее синтезированное гидролокационное изображение (внизу), полученное методом СА |
 |
| Рис. 9. Глубины в окрестности наклонной площадки |
 |
| Рис 10. Фрагмент трехмерного изображения поверхности дна в окрестности наклонной площадки (не показана тень от площадки, белое пятно) |
 |
| Рис. 11. Трехмерное изображение поверхности дна в районе установки якорной мины (изображение получено в результате совмещения батиметрической карты и текстуры синтезированного гидролокационного изображения) |
 |
| Рис. 12. Трехмерное изображение поверхности дна в районе возвышенности, на которой выставлена мина (изображение получено в результате совмещения батиметрической карты и текстуры синтезированного гидралокационного изображения) |
SAMDIS в обоих вариантах входит в состав системы поиска и уничтожения мин, разрабатываемой Великобританией и Францией в рамках программы "Противодействие минной опасности" (ММСМ - Maritime Mine Counter Measures).
Новая разработка позволяет решать в реальном масштабе времени широкий круг задач по получению высококачественных изображений поверхности дна и расположенных на нем объектов (рис. 2). В ее состав входит широкополосная интерферометрическая ГАС бокового обзора (ГБО) с синтезированной апертурой (СА). Для работы интерферометрического режима этой ГБО с каждого борта носителя устанавливается дополнительная приемная антенна. Они располагаются горизонтально (вдоль корпуса АПА), одна над другой, образуя вертикальную базу интерферометрической системы, и схожи по своему конструктивному исполнению.
В системе SAMDIS реализован многоаспектный обзор, при этом интерферометрическая обработка осуществляется только для траверзного направления. Для устранения влияния многолучевого распространения на мелководье формируются узкие в вертикальной плоскости характеристики направленности ГАС.
В результате сочетания многоаспектного обзора и интерферометрической обработки улучшаются возможности по интерпретации обстановки, обнаружению, классификации и определению координат потенциально опасных объектов (рис. 3). Обработка данных, полученных системой SAMDIS, осуществляется при помощи программного обеспечения (ПО) PRACTIS (Practical analysis and Classification Tool for Imaging Systems).
В ПО реализована функция автоматического распознавания объектов на изображениях, полученных при многоаспектном обзоре. Его применение позволяет повысить надежность решения задач обнаружения и классификации мин, уменьшить количество объектов, подлежащих опознаванию.
По заявлениям представителей компании "Тэйлс андервотер системз", за счет использования программного обеспечения PRACTIS общее время, затрачиваемое на решение задачи опознавания, сокращается в 4 раза. ПО последующей обработки данных и управления обеспечивает вывод всей этой информации в надлежащем виде оператору.
В системе SAMDIS реализован многоаспектный обзор и одновременно формируются три луча: один - для траверзного направления (0°) и по одному - для двух смещенных относительно траверзного в сторону носовой (на 35°) и кормовой (на 35°) оконечностей аппарата направлений (рис. 4).
Получаемые в результате обзора данные подвергаются специальной обработке, в частотности по методу синтезирования апертуры, в результате которой формируются высококачественные гидролокационные изображения.
Таким образом, за один проход SAMDIS обеспечивает получение трех синтезированных изображений каждого участка донной поверхности с расположенными на них объектами.
Возможность осмотра одного и того же участка дна с разных направлений позволяет обнаружить объект, закрытый естественным препятствием. Такая ситуация демонстрируется на рис. 5. на котором показана мина, скрытая скальным выступом. Этот объект не может быть обнаружен ГАС, которая осуществляет обзор только в траверзном направлении.
Интерферометрический режим позволяет оценить особенности рельефа дна, получить карту глубин, определить отстояние объектов (например, якорных мин) от дна. В его основе лежит оценка разницы фаз сигналов, принимаемых разнесенными по вертикали приемниками. В интерферометрической измерительной системе может использоваться база, образованная реальными и синтезированными антеннами.
Испытания гидроакустической системы SAMDIS проходили в 2014 году в заливе Дуарнене (Франция). Система была установлена на автономный подводный аппарат. Маршруты его движения составлялись с учетом заранее установленных на дне объектов. Глубина акватории в районе испытаний около 30 м.
Изображения участков донной поверхности для носовых, кормовых и траверзных курсовых углов, полученные при помощи системы SAMDIS, представлены на рис. 6.
Фрагменты изображений, полученные при многоаспектном обзоре с обработкой по методу СА представлены на рис. 7. Они дают представление о том, как изменяется форма тени, отбрасываемой объектом, в зависимости от угла визирования. Отмечается, что ожидаемая и полученная формы достаточно хорошо совпадают, что увеличивает надежность классификации.
Интерферометрические возможности системы SAMDIS оценивались в ходе нескольких экспериментов. Один из них был связан с измерением расстояний между вершинами установленной на дне наклонной площадки и поверхностью дна (рис. 8). На рис. 9 представлен фрагмент батиметрической карты с цветовой шкалой глубин, а на рис. 10 - трехмерное изображение участка дна и площадки. Ошибка в оценке расстояний составляет менее 5 см.
Высокая разрешающая способность по глубине повышает надежность классификации. На рис. 11 показано изображение поверхности дна в окрестности заякоренной мины, удерживаемой короткой стропкой длиной 70 см. На изображении хорошо видны эхо-сигналы от корпуса мины и якоря, и затенение от мины (размеры по осям XY 2х20 м, высота пика 88 см). Относительное расстояние между сигналом, отраженным от мины, и тенью на синтезированном гидролокационной изображении позволяет классифицировать объект как якорную мину и оценить длину стропки с ошибкой, не превышающей 5 см. Интерферометрическая обработка подтверждает этот результат.
Кроме того, проводился эксперимент по оценке длины стропки мины (по длине отбрасываемой тени) с учетом батиметрической информации и без. Для проведения этого эксперимента якорная мина (длина стропки 38 см) была выставлена на восходящем склоне возвышенности (рис. 12).
Без учета величины уклона (предполагалось, что поверхность морского дна плоская) длина стропки составила 30 см, а с учетом уклона в 5° (величина уклона может быть получена из батиметрической карты) длина стропки составила 41 см. Примерно такое же значение для вершины мины позволяет получить непосредственное использование батиметрической карты. Таким образом, чем длиннее минная стропка (либо чем круче уклон), тем существеннее будет ошибка в определении отстояния в предположении плоского дна.
Таким образом, ВМС Франции продолжают работы по совершенствованию гидроакустических станций миноискания. Ожидается, что классификационные возможности этих ГАС будут улучшены за счет применения более широкополосных сигналов, алгоритма синтезирования апертуры при обработке принятых сигналов, многоаспектного обзора и интерферометрической обработки. В ряде случаев они смогут опознавать цели.
* Начало см.: Зарубежное военное обозрение. - 2018. - № 3. - С. 73-78.