|
Тенденции развития систем передачи данных при использовании БЛА
В. Попов, кандидат технических наук;
Д. Федутинов
Специалисты многих государств исследуют концепцию ведения боевых действий вооруженными силами (ВС) в едином информационном пространстве (ЕИП, Network Centric Warfare), отводя при этом значительную роль беспилотным летательным аппаратам (БЛА).
В настоящее время сектор БЛА развивается динамичнее других, чему способствует разработка высокочувствительных датчиков и высокоскоростных каналов передачи данных для них. С внедрением сетевых систем управления операциями и модерниацией авиационного разведывательного оборудования увеличивается количество НИОКР в этой области. Разработчикам систем авиаразведки сейчас предстоит решить задачи полного шифрования информации, строительства необходимой инфраструктуры, улучшения возможностей предупреждения об атаках противника.
В ходе изучения первых работ по концепции ЕИП зарубежные эксперты и аналитики поняли то, что БЛА будут играть все более и более важную роль в военных операциях недалекого будущего. Эти операции предусматривают использование разнообразных информационных платформ: разведывательных спутников, воздушных систем дальнего радиолокационного обнаружения и других средств сбора информации, объединенных в сети совместно с потребителями этой информации - самолетами в воздухе, силами на земле и кораблями в море.
В соответствии с данной концепцией предусматривается посредством внедрения в войска передовых информационных технологий (высокопроизводительных компьютеров, современного программного обеспечения, цифровых систем передачи данных) объединять рассредоточенные в обширном боевом пространстве разнородные силы и средства (личный состав; органы и пункты управления, боевого обеспечения; вооружение и военную технику наземного, воздушного и морского базирования) в формирования со сложной сетевой архитектурой - глобальные и локальные информационные сети.
По оценкам экспертов Пентагона, эти формирования по сравнению с традиционными будут обладать безусловными преимуществами и обеспечивать: создание в реальном масштабе времени единой картины оперативно-тактической обстановки; существенное сокращение времени доведения сведений о важных объектах и целях противника от систем обнаружения до средств огневого поражения; значительное опережение противника в принятии и исполнении решений, планировании боевых действий; быструю концентрацию рассредоточенных в пространстве различных средств поражения для нанесения ударов по важным объектам и целям противника.
 Ожидается, что в результате реализации этих возможностей боевая эффективность формирований с сетевой архитектурой по сравнению с существующими возрастет многократно. Иными словами, обмен данными между потребителями будет осуществляться в реальном масштабе времени не только по «вертикали», но и по «горизонтали». Таким образом, все участники смогут получить всестороннюю информацию о состоянии на поле боя.
Концепция ведения боевых действий в ЕИП предполагает создание системы передачи данных, обеспечивающей покрытие необходимой территории на ТВД в любое время. В рамках такой концепции управление НИОКР в области связи и радиоэлектроники рассматривает возможность использования беспилотных летательных аппаратов для поддержки функционирования информационной сети на основе систем беспроводной, в том числе сотовой связи, над некоторой городской территорией. Каковы должны быть технологии систем связи, которые бы гарантировали, что БЛА будет готов выполнять поставленные задачи в заданное время и в заданном месте? Какие существуют проблемы в области коммуникационных технологий применительно к использованию этих аппаратов?
Примеры из недавних операций, проводившихся США, дают представление о масштабах проблемы. В ходе косовской кампании, названной «войной в прямом эфире», командование коалиционных сил оперировало двумя БЛА MQ-1 «Предатор». Каждый передавал видеоинформацию со скоростью 6 Мбит/с, перегружая каналы интегрированной сети передачи данных МО США и требуя отключения низкоприоритетных каналов во время его полета. Поддержание качества линии связи с авиабазой Бил (штат Калифорния) было проблематичным на протяжении всей кампании. Также отмечается, что коммуникационные системы были настолько перегружены, что некоторые планировавшиеся действия пришлось отложить или отменить. Таким образом, оказалось, что возможности телекоммуникаций ограничивают количество одновременно применяемых БЛА. Соответственно, начало каждой новой операции требовало окончания предыдущей.
Применение БЛА RQ-4 «Глобал Хок» и MQ-1 «Предатор» в операции в Афганистане свидетельствовало о продолжающемся росте потребностей в используемых частотах, которые, как показывает практика, удваиваются ежегодно.
В документе «БЛА: Дорожная карта 2005-2030», подготовленном МО США, отмечается, что успешному применению БЛА препятствует недостаточное количество каналов (ширины полосы частот) на всех потенциальных ТВД и ограничения пространственного (географического) характера на некоторых из них. Там же отмечается, что инфраструктура военных коммуаций, будь то военные системы связи или дополнительные коммуникационные возможности, арендованные у коммерческих структур, таких как, например, мобильный спутниковый оператор связи «Иридиум», должна расширяться, в связи с тем что в перспективе количество одновременно используемых БЛА будет возрастать.
В системах передачи данных доступность широкой полосы частот является основой создания эффективной системы. В современных условиях специалисты управления связи и радиоэлектроники полагают, что выходом может быть более эффективное использование доступной ширины полосы частот. Предлагаемые решения включают протоколы-алгоритмы качества обслуживания, которые позволяют сети автоматически реагировать на приоритет и объем трафика сообщений, связанного с тем или иным действием.
В Великобритании компания «Тэйлс оптроникс» по заданию министерства обороны занимается проблемой передачи изображений с использованием узкополосных каналов связи, а также «по требованию». Реализуемый подход предполагает применение набора стандартов сжатия изображений формата JPEG-2000, которые в сочетании с технологиями фирмы «Тэйлс оптроникс» способны обеспечить передачу изображений без потерь через узкополосные тактические каналы связи со скоростью передачи данных до 16 кбит/с.
 Это позволит оператору выбирать интересующие области, специфицируя уровень увеличения (уменьшения) и качество изображения, и получать требуемый фрагмент, в то время как остальная часть изображения будет оставаться в прежнем качестве. Применение подобной технологии позволит передавать изображение высокого качества по тактическому каналу в течение минуты или двух, существенно сокращая длительность цикла «обнаружение-выстрел» при низкой стоимости систем передачи данных.
Применение технологии синтеза изображений, получаемых от нескольких источников, позволит обрабатывать трехмерные изображения, а также улучшить возможности по взаимодействию.
Зарубежные специалисты продолжают модернизировать существующие системы БЛА. В частности, швейцарские инженеры изменили частоты передачи данных, используемые на БЛА ADS-90 «Рэйнджер», так как изначально предполагавшиеся для этого частоты были переданы телекоммуникационной сети страны для использования в системах сотовой связи. В связи с этим было предложено нестандартное решение, предполагающее применение режимов многоканальной связи в различных диапазонах частот (УКВ и СВЧ), канала спутниковой связи «Инмарсат» и т. д. Однако, вероятно, подобные решения будет трудно реализовать в случае роста числа БЛА и их запросов на каналы связи.
Решения по антенным устройствам. Зарубежные специалисты отмечают, что многочисленные усовершенствования и разработки технологий проводятся разрозненно, в результате чего может замедлиться развитие как наземных, так и воздушных средств системы ввиду несогласованности различных установок. Специалисты различных организаций разрабатывают технологии, которые бы обеспечивали все необходимые коммуникационные потребности, используя не более одной-двух антенн. Антенны с фазированной решеткой предоставляют наибольшие возможности для широкополосной связи.
Одно из решений, предлагаемых фирмой «Сажем» для канала связи «БЛА-земля», предусматривает использование всенаправленной антенны, которая может быть адаптирована под геометрию аппарата как конформная антенна или выполнена в виде выдвигающегося диполя. Эта антенна в настоящее время установлена на беспилотных системах наблюдения CL-289, которые используют ВС Германии и Франции, а также на БЛА «Кресерелл», состоящих на вооружении ВС Франции.
Некоторые новые подходы предполагают отказ от использования радиоспектра. В декабре 2003 года французское оборонное агентство предоставило подразделению «Астриум» компании EADS контракт на демонстрацию к 2006 году оптического канала связи между прототипом перспективного БЛА и находящимся на геостационарной орбите космическим аппаратом (КА) «Артемис». С этой целью предусматривается проведение исследований, связанных с прохождением лучей в атмосфере и подтверждением возможности использования оптической системы в коммуникационных целях.
Канал будет задействоваться для защищенной передачи информации между БЛА и удаленными на расстояние до нескольких тысяч километров центрами управления. Предполагается на начальном этапе обеспечить связь через КА со скоростью порядка 50 Мбит/с, в последующем - сотен мегабит в секунду. Ожидается, что это позволит существенно сократить время, необходимое для передачи информации из района проведения боевых действий, а также упростить управление информацией и обеспечить значительные операционные преимущества.
На сегодняшний день Соединенные Штаты являются основным разработчиком и пользователем беспилотных авиационных систем. При этом они же испытывают наибольшие проблемы из-за необходимости координации и распределения спектра используемых радиочастот. Наиболее актуальны в настоящее время данные проблемы для БЛА RQ-2 «Пионер», который морская пехота США с успехом использовала в ходе проведения операций в зоне Персидского залива и Боснии. Успеху этого аппарата способствовало признание, что возможность производить разведку, наблюдение и целеуказание, не подвергая риску жизнь экипажа, бесценна.
Операции морской пехоты требуют одновременного использования многоканальной системы связи TRC-170 и RQ-2 «Пионер». Нормальная работа линии связи с последним может быть нарушена из-за интерференции с системой TRC-170, что может привести к возможной потере управления и, соответственно, аппарата. Это обусловливает необходимость разделения и координации используемых частот, в том числе требует тренажа операторов для приспособления существующего оборудования к периодически сужающейся полосе спектра.
Компания «Тадиран спектралинк», чей канал передачи данных использует БЛА RQ-2 «Пионер», недавно разработала спецификацию нового канала передачи данных «Старлинк» для миниатюрных БЛА, которая использует комплекс решений, включающий миниатюрные бортовые системы приема-передачи сигнала, наземные станции, обрабатывающие полученные данные, и линии беспроводной связи, чтобы уравновесить эксплуатационные требования с ограничениями, накладываемыми размерами БЛА мини- и микрокласса.
Другой инновацией этой компании является тактический видеоканал связи TVL-II. Он предназначается для устранения задержек, налагаемых обычной практикой первоначальной передачи видеоинформации, данных телеметрии и т. д. штабу и последующего распределения потребителям. Канал TVL-II может быть использован любым монитором получения данных видео- и телеметрической информации для обеспечения возможности боевым подразделениям получать данные в режиме реального времени.
В качестве платформы для испытаний единого тактического канала связи (TCDL, Tactical Common Data Link) применялся БЛА MQ-1 «Предатор». Эта программа охватывает семейство каналов связи, которые могут быть установлены как на самолете Р-ЗС «Орион», так и на БЛА, в том числе RQ-8A «Файрскаут».
TCDL предназначается для передачи радиолокационных данных, изображений, видео и другой информации, получаемой датчиками БЛА, со скоростями от 10,7 до 274 Мбит/с (в перспективе) на расстояниях до 200 км.
В марте 2004 года фирма L-3 «Коммьюникэйшн» объявила, что компания «Белл геликоптер текстрон» выбрала подразделение этой фирмы для создания канала связи БЛА «Игл Ай» в рамках модернизации береговой охраны США (программа «Дипуотер»).
Технология TCDL будет поддерживать многоканальную передачу данных управления и контроля на БЛА «Игл Ай» и двойной канал для одновременной передачи данных многорежимной РЛС и оптоэлект-ронной (в том числе ИК) аппаратуры.
Для военно-морской программы НАТО по беспилотным летательным аппаратам фирмы «Кубик дефенс системз» и «Ультра электронике» разработали высоко интегрированный канал связи (HIDL - High Integer Data Link). Используя специальную форму сигнала, обеспечивающую высокий уровень спектральной эксплуатационной гибкости во избежание интерференции от существующего радиотрафика, HIDL задействует любые доступные радиочастоты и обеспечивает скорость передачи данных от 3 кбит/с до 20 Мбит/с.
С целью исключения подобных проблем в будущем США создали управление распределения радиочастот. Эта организация призвана осуществлять идентификацию и устранение всех потенциально возможных проблем до того, как реальное оборудование поступит на рынок.
В западных СМИ отмечается, что одним из общих решений может быть максимальная автоматизация системы управления полетом БЛА и минимизация тем самым функций управления с наземной станции управления насколько это возможно.
Система управления передачей данных, разработанная подразделением «Дорнье» компании EADS для БЛА наблюдения SIVA, к примеру, позволяет при проведении автономного полета использовать предварительно программируемый маршрут полета, в ходе которого данные наблюдения передаются на наземную станцию в режиме реального времени. В любое время можно изменить маршрут полета.
Зарубежные эксперты отмечают, что расширение полосы частот за счет использования спутников требует значительных средств и не может обеспечить полное решение проблемы. Они предполагают, что другим способом могли бы стать мероприятия по разработке плана динамического распределения частот. Например, командир мог бы выбрать и распределить частотную полосу на время проведения операции БЛА, а также отложить сеанс видеосвязи до тех пор, пока аппарат не перестанет нуждаться в выделенной частотной полосе.
Специалисты управления воздушной разведки занимаются исследованием и других путей решения проблемы, предусматривающих использование: общего канала связи с большой шириной полосы частот для бортовых платформ; лазерных коммуникационных систем со скоростью передачи данных до 1 Гбит/с; бортового индикатора движущейся цели, который мог бы применяться в качестве «эхо-протокола» для других бортовых датчиков, благодаря чему сокращается потребность в широкой полосе частот; инструментальных средств автоматизации, облегчающих планирование и распределение доступной ширины полосы частот для достижения лучшего возможного результата.
Зарубежные аналитики отмечают также: разработчики БЛА должны осознать, что использование частотного канала является критичным ограничением, поэтому они должны проектировать технику и разрабатывать тактические приемы с таким расчетом, чтобы минимизировать запросы этого ресурса. В настоящее время требуется внедрять новые организационные формы с целью обеспечения гарантии того, что ресурс распределен настолько эффективно, насколько это возможно.
В настоящий момент БЛА могут оснащаться полезной нагрузкой различного назначения, однако их использование ограничено недостаточной шириной полосы частот для передачи данных заинтересованным потребителям. Управление шириной полосы частот сопоставимо по значимости с управлением летательным аппаратом, постановкой помех и подавлением защиты.
Зарубежное военное обозрение 2006 №4
Смотрите также
|
