В военных машинах уже не одно десятилетие устанавливают оптоэлектронные системы для ведения наблюдения и прицеливания, например устройства ночного видения, системы улучшения технического зрения для водителя, а в последнее время интегрируют системы кругового видения либо в новые машины, либо в качестве дополнительных систем при проведении модернизаций.
В настоящее время всё очень быстро меняется благодаря объединению цифровых сенсоров и интегрированной электронной архитектуре, при этом четко просматривается тенденция установки автоматически конфигурируемых многосенсорных систем, которые могут бесшовно работать сообща для того, чтобы обеспечить существенно лучшую ситуационную осведомленность (качество комплексного восприятия разнородной информации в едином пространственно-временном объёме) по сравнению с тем, что имели раньше ограниченные в обзоре экипажи бронированных машин.
Как отмечают в компании Finmeccanica, сегодня повышенный уровень владения обстановкой и способность в движении идентифицировать, отслеживать и обозначать движущиеся цели является критически важным и определяет тенденции развития и расширения этого рынка. Системы вооружения и приборы наблюдения напрямую влияют на эффективность боевой машины при выполнении ею своей основной задачи, в связи с чем всё большей востребованностью пользуются сенсоры с самыми высокими характеристиками.
Между тем, прогресс в микроэлектронике и оптике делает системы ночного видения более доступными и в этой связи всё больше стран хотят создать промышленную основу по выпуску компонентов для оборудования этого типа. Потребности водителя в системах ночного видения могут в основном удовлетворить сенсоры ближнего действия (как правило, неохлаждаемые инфракрасные или телевизионные камеры), тогда как сенсоры кругового обзора становятся неотъемлемым атрибутом бронетранспортеров и боевых машин пехоты, поскольку экипажу и десанту необходимо иметь возможность постоянного кругового обзора.
Дополненная реальность
Кроме этих, уже доказавших свою состоятельность, ключевых систем, соединение сенсоров с продвинутыми дисплеями и информационно-управляющими системами позволяет переместить экипажи в мир дополненной реальности, в которой их вниманию в нужное время может быть представлена информация о своих подразделениях, противнике, маршрутах, ориентирах, препятствиях наряду с тысячами других сообщений и сведений. Хотя эта концепция хорошо известна в военной авиации, наземные машины могут в скором времени превзойти ее в этой сфере, поскольку массогабаритные, энергопотребительские и стоимостные характеристики сенсоров и вычислительных систем снижаются, а время и усилия, затрачиваемые на процесс сертификации, существенно меньше, чем в авиации.
Кроме того, как заметил руководитель направления боевых машин в шведском филиале Hagglunds компании BAE Systems Дэн Линделл, эти технологии изменяют сами машины. «Мы меняем конструкцию машин с целью интеграции этих систем… Первое, за последние пять-шесть лет мы удвоили мощность, распределяемую в машине, и мы видим, что энергопотребление постоянно растет». Компания продолжает работать над электрическим и гибридным электрическим приводом (традиционный двигатель через генератор питает электродвигатели) для своих машин. Линделл утверждает, что человеческий фактор также важен для оптоэлектронной технологии. «Как представить все эти сенсорные данные и изображения, которые мы хотим распределить между членами экипажа? Это очень большая проблема для нас».
В настоящее время разрабатывается система, в которой особый акцент сделан на ситуационной осведомленности и интеграции человеческих факторов. В основе системы дополненной реальности BattleView 360 лежит цифровая картографическая система. Она собирает. Отслеживает и отображает фрагмент местности, который интересует экипаж. Надев шлем с функцией BattleView 360, сидящие в машине получают внешнюю «круговую» картинку. При этом они оперативно получают сообщения об изменении обстановки и целеуказание на открытие огня. Экипаж боевой машины может взаимодействовать с BattleView 360 двумя способами, через шлем или планшет.
Свою систему BattleView 360, установленную на БМП CV90, компания BAE Systems в сотрудничестве со своим британским филиалом демонстрирует в настоящее время в нескольких странах. Руководитель программы Энди Тэйн очень хорошо знаком с рынком систем визуализации и ситуационной осведомленности для военных машин. «Мы определенно видим растущий интерес по всей Европе и в США, особенно в научно-исследовательской сфере, к системам ситуационной осведомленности для этих боевых машин, особенно для бронетранспортеров и БМП, а в перспективе для машин других типов».
Господин Тэйн сказал, что компания имеет ряд контрактов, связанных с различными британскими и американскими научно-исследовательскими проектами, в которых также принимают участие и другие компании. «Системы, которые мы разрабатываем и изучаем, добавляют возможности водителю, стрелку-наводчику и командиру машины и обеспечивают их значительно лучшей круговой обзорностью, чем ту, что они имеют с нынешними перископами или очень узкими щелевыми окнами, обычными для военных машин». Для десанта в корме машины владение обстановкой важно, поскольку ему необходимо знать, что ждет его перед высадкой из машины. «Это может быть каждый отдельно взятый десантник, но, скорее всего, командир отделения, за которым следуют его подчиненные».
Что касается географии, то «есть интерес и активность в Соединенных Штатах и во всей Европе», заметил Тэйн, например, все семь операторов машин CV90 в Европе (Дания, Эстония, Финляндия, Нидерланды, Норвегия, Швейцария и Швеция) рассматривают возможность интеграции системы Battle View 360 при модернизации своих машин. В США военные организации, включая Командование по разработке доктрины и боевой подготовке (TRADOC) и Научно-исследовательский центр электроники средств связи (CERDEC) работают над системами круговой ситуационной осведомленности, как, впрочем, и британская лаборатория оборонной науки и технологии (DSTL).
Вопросы интеграции
Одной из проблем, связанных с интеграцией подобных технологий, является конструктивные особенности конкретной модели боевой машины, например для системы кругового обзора необходимо найти место на корпусе, подвести питание и проложить линии передачи данных. Кроме того, изображения с камер должны быть выведены на дисплеи, чтобы обеспечить одновременную бесшовную визуализацию для каждого сидящего в машине; все это требует значительных вычислительных мощностей, знания человеческих факторов и опыта разработки специализированного программного обеспечения.
«Сама обработка данных – это не такая уж большая проблема, проблема в создании достаточно прочных дисплеев, предназначенных для эксплуатации на военных машинах, – продолжил Тэйн. – Наши дисплеи ранее устанавливались на реактивных самолетах и вертолетах. Взять эту технологию и сделать их прочными и защищенными от неумелых действий, вот что действительно является сложной, но выполнимой задачей, поскольку оптические компоненты, которые у нас есть, достаточно прочны и компактны».
В этой связи стоит остановиться на различных технологиях нашлемных дисплеев, включая оптические волноводы, используемые в системе Q-Sight компании BAE Systems и ее модификациях, хотя это не говорит об обязательной интеграции технологии Q-Sight в систему Battle View 360, поскольку компания разрабатывает и другие технологии небольших упрочненных дисплеев. Тэйн вспомнил пикантные замечания солдат, передвигавшихся с включенными дисплеями внутри машины, особенно когда они ударялись головой обо что-нибудь. «Как бы ни было, мы смогли пройти через эти условия эксплуатации».
Кроме протоколов преобразования, обычно задействуемых для доставки данных от различных сенсоров разных производителей в одну сеть, существует проблема стыковки или совмещения изображения. «Это означает объединение изображений с видимых и инфракрасных сенсоров, имеющих разные принципы работы, разные объективы и поля зрения, и реализация их совместимости друг с другом, – заметил технический руководитель проекта Battle View 360 в компании BAE Systems Ричард Хэдфилд. – Мы изменяем в реальном времени масштаб и совмещаем изображение с целью создания виртуального купола и затем вставляем эти сенсоры в этот виртуальный купол».
Еще одна техническая проблема, упомянутая Хэдфилдом, заключается в одновременном отслеживании движения голов нескольких людей, ведь они могут смотреть в разных направлениях. Он сказал, что у компании для этого есть решение, оно включает устройство слежения в каждом шлеме и набор датчиков слежения, распределенных по всему внутреннему пространству машины.
Как можно более точная синхронизация с внешним миром выводимых на дисплеи изображений является одной из самых важных проблем эргономики. «Вам необходимо сделать так, чтобы люди, пользующиеся системой, не испытывали недомоганий из-за ее задержек или латентности, – отметил Хэдфилд. – Мы считаем, что справились и убрали задержку, но я не могу сказать каким образом». Как пользователям взаимодействовать с дисплеями, которые они носят на голове, также является значительной проблемой и чтобы решить его, компания BAE Systems ввела в систему элемент, базирующийся на «весьма надежном» программном обеспечении MIME (Map and Image Management Engine), которое эффективно работает с середины 90-х годов на различных британских военных самолетах.
«Мы адаптировали этот инструмент для наземного применения и включили в него массу функциональности, которая отвечает за обработку местности, поэтому мы можем, например, планировать маршруты, используя характеристики местности и всё это осуществимо для транспортного средства любого типа», – добавил Хэдфилд.
Вывод информации
Программное обеспечение MIME взаимодействует по коммуникационной сети машины с системой управления боем и/или системой обнаружения и захвата целей, сопоставляя получаемые данные и отфильтровывая их с целью выдачи каждому пользователю необходимой и точно дозированной информации и исключения избыточной информационной нагрузки. «Получение слишком большого объема информации почти также плохо, как предоставление слишком малого объема информации, – заметил Хэдфилд. – То есть перед нами стоит еще одна задача: что должен, а что не должен видеть конкретный человек?»
Педер Сьолунд, один из разработчиков системы BattleView 360 и руководитель этой программы в компании BAE Systems Hagglunds сказал, что они работали вместе с опытными экипажами боевых машин для того, чтобы понять, какая информация им необходима в каждой ситуации и какие должны быть при этом ограничения. «Мы пригласили пару командиров танков и БМП, чтобы начать обсуждение того, сколько информации они могут обработать в различных сценариях – сказал он. – Одним из сценариев может быть марш, а вторым может быть ближний бой. Если вы во время марша, то вы реально сосредоточены на маршруте, где будут следующие пункты сбора, как долго вы будете ехать, каков запас топлива и какая скорость необходима, чтобы попасть в точку сбора в заданное время, – добавил Хэдфилд. – Но затем по мере приближения к цели у вас начинают появляться угрозы, далее вы вступаете в различные этапы боевой задачи и очевидно информация, которую вы видите, будет меняться».
Сьолунд сказал, что компания совместила эту поступающую информацию с концепцией нашлемных дисплеев экипажей воздушных судов, что является лучшим способом получения полезной информации для сидящих в машине, когда экранами не заполняется все внутреннее пространство, зачастую для них недостаточно или места или доступной энергии, или того и другого одновременно. Модуль на каждом шлеме имеет индивидуальный датчик движений головы и устройство подключения к мини-системе управления боем на базе программного обеспечения MIME, что позволяет выдавать каждому пользователю картинку с правильного сенсора с наложением необходимой тактической информации.
Больше сенсоров
Как отмечают в компании Finmeccanica, в то время как количество сенсоров устанавливаемых на военные машины продолжает расти, сочетание технологий довольно стабильно, хотя они постоянно совершенствуются. Типичный прицельный комплекс включает сенсор ночного видения (как правило, инфракрасный), дневной прицел (либо оптический, либо телевизионный) и лазерный дальномер. С целью соответствия особым требованиям зачастую интегрируются такие дополнительные сенсоры, как например лазерные осветители/указатели. Для систем обзора водителя и ситуационной осведомленности достаточно теле- и тепловизионных камер.
Автоматически конфигурируемая оптроника остается привлекательной для установки на боевые машины; например, эту тенденцию подкрепляет популярность семейства гиростабилизированных дневных и ночных систем наблюдения и прицеливания компании POP (Plug-in Optronic Payload) Israel Aerospace Industries. Семейство POP включает шесть систем, каждая из которых имеет свою конфигурацию. Вместе с тем, все они имеют высокий уровень модульности и могут принимать особые «секции» с теми сенсорами, которые определены требованиями пользователя. При необходимости эти секции могут заменяться в полевых условиях, а в будущем позволят легко модернизировать системы семейства POP по мере появления новых оптронных технологий.
Неохлаждаемые инфракрасные камеры становятся все более популярными в «общих» приложениях, например они позволяют улучшить качество технического зрения водителя, но охлаждаемые инфракрасные камеры остаются обязательным атрибутом, когда необходима высококачественная визуализация. Что касается прицелов вооружения, то традиционные длинноволновые (8-12 микрон) устройства в настоящее время эволюционируют в устройства с несколькими диапазонами, то есть за счет добавления средневолновых (3-5 микрон) сенсоров. В некоторых общих приложениях низкого уровня, то есть в задачах, где заметность не играет большой роли, в настоящее время вместе с недорогими телевизионными камерами применяются сенсоры, работающие в ближней (длинноволновой) ИК-области спектра.
В компании Finmeccanica считают, что технология изготовления схем на комплементарных структурах металл-оксид-полупроводник (КМОП) постепенно заменит ПЗС-камеры видимого диапазона, и дальнейшее развитие получат пока более экзотичные технологии, как например дальняя (коротковолновая) ИК-область спектра. Как утверждают в компании, возможности этой области спектра отличаются от средневолновых и длинноволновых ИК-диапазонов. Она может быть полезна для некоторых специализированных приложений, хотя относительно высокая стоимость может в настоящее время ограничивать на нее спрос военных структур. Кроме развития технологий, базирующихся на менее известных диапазонах волн, непрерывный прогресс в сенсорных технологиях позволяет создавать как охлаждаемые, так и неохлаждаемые инфракрасные детекторы с матрицами меньших размеров, которые имеют более высокое разрешение и/или меньшие оптические (апертурные) диафрагмы.
Типичные современные дисплеи для транспортных средств – это упрочненные экраны со специальными элементами для максимального повышения качества монохромных изображений, получаемых с инфракрасных камер. Новейшие системы представляют собой объединенные в сеть многофункциональные плоские ЖК-панели с программным обеспечением, позволяющим выводить одновременно нескольких изображений, накладывать графические изображения с высоким разрешением и повышать качество изображений. Их развитие, определяемое доступностью технологии коммерческих панелей, движется в сторону лучшего качества картинки (включая более высокую четкость), большей пропускной способности внутренней сети и больших вычислительных мощностей.
За и против
Что касается развития нашлемных дисплеев, то в компании Finmeccanica назвали силу и слабость существующей технологии. Среди преимуществ можно назвать компактность, способность обеспечивать работу как при надетом, так и при снятом шлеме и относительно низкое энергопотребление. К их недостаткам, как считают в компании, относится стоимость, слабая защищенность от повреждений, быстрая утомляемость владельца и, возможно, ограничение способности выполнять в машине некоторые задачи, а также необходимость в резервном устройстве.
Вывод, который сделали в компании Finmeccanica из анализа преимуществ и недостатков, заключается в том, что в ближайшем будущем нашлемные дисплеи не получат широкого распространения в военных машинах. Впрочем, компания более оптимистична касательно перспектив дополненной реальности (добавление к изображениям объектов реального мира мнимых объектов, обычно вспомогательно-информативного свойства), которая может быть получена без нашлемных дисплеев. «У дополненной реальности имеется огромный потенциал, поскольку она позволяет улучшить представление информации экипажу, что может помочь при обнаружении и наведении на цели». Не удивительно, что почти все заказчики в основном сосредоточились на цене и характеристиках, но в компании Finmeccanica подчеркивают, что эти факторы зависят от приложения.
Как правило, заказчик готов вложить больше, когда необходимы решения системного уровня (например, управление огнем или осведомленность об обстановке) не только потому, что они более дороги, но в основном потому, что требования здесь более жесткие и это исключает использование более дешевого и менее функционального оборудования от поставщиков нижнего сегмента. При менее жестких требованиях акцент на стоимость позволяет задействовать более широкий круг конкурирующих между собой поставщиков.
Мнения специалистов
Эммануэль Берсье, руководитель продаж в фирме ULIS (подразделение французской компании Sofradir, занимающейся инфракрасными технологиями), которая изготавливает неохлаждаемые тепловизоры, заметил, что требования военных становятся всё более специфичными касательно желаемой функциональности. Это включает улучшение систем технического зрения для водителей, повышение локальной ситуационной осведомленности для защиты машин и интеграцию в дистанционно управляемые боевые модули (ДУБМ), например, для наведения вооружения.
«Мы видим две основных задачи, – продолжил Берсье. – Первое, повышение характеристик для того, чтобы получить большее поле зрения, например 180 градусов для системы технического зрения водителя, или увеличить дальность распознавания системы локальной ситуационной осведомленности и ДУБМ… Второе, разработка оборудования с меньшими размерами, более легкое, с меньшим энергопотреблением. При том что мы имеем порой дело с крупными машинами, доступный объем для любого оборудования всегда является проблемой».
Что касается потенциально прорывных новых технологий, то господин Берсье считает, что КМОП-сенсоры, закрывающие видимый спектр и ближнюю часть инфракрасного спектра, являются хорошим кандидатом на перспективные всепогодные устройства технического зрения водителя, тоже самое применимо и к коротковолновым ИК-системам. «Новые технологии будут испытывать сложности в процессе достижения необходимого уровня отработанности и прохождения квалификации для подобного рода приложений. Увидим, что случится в следующие десять лет, но тепловизионные сенсоры уже базируются на отработанных технологиях, которые продолжают повышать как возможности, так и снижать стоимость».
На вопрос о том, где с географической точки зрения активней ведется всего процесс разработок и закупок, Дэн Линделл сказал, что Запад говорит и проводит испытания, тогда как Восток уже действительно поставляет готовые изделия. «Мы видим, что многие вещи, которые обсуждаются и показываются на выставках, реально интегрируются в России, а также в Китае. Мы видим довольно явные потребности в системах этого типа в Юго-восточной Азии, в то время как страны Запада ведут разговоры и пытаются что-то делать, кто в меньшей степени, кто в большей».
/Alex Alexeev, topwar.ru/