В настоящем техническом извещении представлена краткая информация об использовании узкополосных радиомодемов УКВ диапазона для обеспечения боевого применения радиогидроакустических буев и эксплуатации различных технических средств мониторинга морской среды.
Материал предназначен для технических специалистов, занятых разработкой автоматизированных комплексов и систем военного и гражданского назначения, работа которых предусматривает удаленное управление и сбор в реальном масштабе времени данных с использованием распределенных технических средств морского и воздушного базирования, а также организаций, выполняющих работы по сбору данных от надводных и подводных средств объективного контроля морской среды и биоты.
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
На протяжении длительного времени диапазон ультракоротких волн (УКВ) является наиболее активно используемым при организации применения кораблей и судов, а также обеспечении судовождения на море.
Корабли ВМФ Российской Федерации и ВМС Народно-освободительной армии Китая в ходе учений в Японском море. Связь между кораблями организована, в том числе, в УКВ диапазоне (https://news.am/rus/news/718524.html).
С этой целью международным регулятором выделены номиналы радиочастот в диапазоне 156,050-163,275 МГц, с шагом сетки 25 кГц1, которые применяются для организации связи в направлениях «берег — корабль» и «корабль — корабль»2. Кроме того, 99 радиочастотных каналов в диапазоне 136,00-173,50 МГц с шагом сетки 25 кГц выделены для обеспечения работы радиогидроакустических буев (РГБ3) в направлении «поверхность — корабль» и «поверхность — борт»4. Данные о номиналах радиочастот, выделенных для использования в интересах связи с РГБ, представлены в Таблице 1.
Перечень номиналов радиочастот УКВ диапазона, выделенных для использования в интересах связи с РГБ.
| № | Частота, МГц |
№ | Частота, МГц |
№ | Частота, МГц |
№ | Частота, МГц |
№ | Частота, МГц |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 162,25 | 21 | 165,625 | 41 | 139,375 | 61 | 146,875 | 81 | 154,375 |
| 2 | 163 | 22 | 166,375 | 42 | 139,75 | 62 | 147,25 | 82 | 154,75 |
| 3 | 163,75 | 23 | 167,125 | 43 | 140,125 | 63 | 147,625 | 83 | 155,125 |
| 4 | 164,5 | 24 | 167,875 | 44 | 140,5 | 64 | 148 | 84 | 155,5 |
| 5 | 165,25 | 25 | 168,625 | 45 | 140,875 | 65 | 148,375 | 85 | 155,875 |
| 6 | 166 | 26 | 169,375 | 46 | 141,25 | 66 | 148,75 | 86 | 156,25 |
| 7 | 166,75 | 27 | 170,125 | 47 | 141,625 | 67 | 149,125 | 87 | 156,625 |
| 8 | 167,5 | 28 | 170,875 | 48 | 142 | 68 | 149,5 | 88 | 157 |
| 9 | 168,25 | 29 | 171,625 | 49 | 142,375 | 69 | 149,875 | 89 | 157,375 |
| 10 | 169 | 30 | 172,375 | 50 | 142,75 | 70 | 150,25 | 90 | 157,75 |
| 11 | 169,75 | 31 | 173,125 | 51 | 143,125 | 71 | 150,625 | 91 | 158,125 |
| 12 | 170,5 | 32 | 136 | 52 | 143,5 | 72 | 151 | 92 | 158,5 |
| 13 | 171,25 | 33 | 136,375 | 53 | 143,875 | 73 | 151,375 | 93 | 158,875 |
| 14 | 172 | 34 | 136,75 | 54 | 144,25 | 74 | 151,75 | 94 | 159,25 |
| 15 | 172,75 | 35 | 137,125 | 55 | 144,625 | 75 | 152,125 | 95 | 159,625 |
| 16 | 173,5 | 36 | 137,5 | 56 | 145 | 76 | 152,5 | 96 | 160 |
| 17 | 162,625 | 37 | 137,875 | 57 | 145,375 | 77 | 152,875 | 97 | 160,375 |
| 18 | 163,375 | 38 | 138,25 | 58 | 145,75 | 78 | 153,25 | 98 | 160,75 |
| 19 | 164,125 | 39 | 138,625 | 59 | 146,125 | 79 | 153,625 | 99 | 161,125 |
| 20 | 164,875 | 40 | 139 | 60 | 146,5 | 80 | 154 |
Отсутствие в морских акваториях постоянно действующей инфраструктуры связи, позволяющей организовать обмен данными в интересах обеспечения научно-исследовательских работ, направленных на изучение морей и океанов, а также их обитателей, обусловливает необходимость поиска приемлемых по возможностям и стоимости технических решений для доставки данных от развернутой в море научной аппаратуры и удаленного управления ею в период проведения экспедиций или на постоянной основе. Для решения большинства таких задач использование узкополосных технологических радиосетей обмена данными УКВ диапазона оказывается практически единственным решением.
Применение технологических радиосетей обмена данными на базе узкополосных радиомодемов диапазона ультракоротких волн на море обусловлено, в первую очередь, практически идеальными характеристиками этого диапазона и разработанного для него радиотехнического оборудования в интересах выполнения широкого круга задач как военного, так и гражданского назначения. Эти характеристики позволяют организовать надежную связь на всю глубину не только территориальных вод, но и внутри всей исключительной экономической зоны5 Российской Федерации, при поддержании приемлемой для большинства задач скорости обмена данными и обеспечении высокой надёжности их доставки с минимальными финансовыми затратами6.
Следует отметить, что, для обеспечения связью надводных и подводных объектов используются также каналы спутниковой связи, работающие в УКВ и СВЧ (сверхвысокие частоты) диапазонах, а также каналы связи коротковолнового диапазона (КВ). Выбор наиболее подходящего средства связи и обмена данными определяется требованиями конкретной прикладной задачи.
2. Радиосеть обеспечения работы РГБ
Изначально схема применения радиогидроакустических буев предполагала передачу получаемой ими акустической информации в реальном масштабе времени на носитель, в качестве которого выступали противолодочный самолет, вертолет или корабль, в виде частотно-модулированного аналогового сигнала. Совершенствование этой схемы и собственно РГБ предусматривает использование новых технологий, в том числе, в области связи и передачи данных. Так, российскими разработчиками получен патент на «Радиогидроакустический буй на микроконтроллерах»7. Наряду с новыми возможностями в части функционирования собственно РГБ, основными из которых являются повышение вероятности обнаружения цели и скрытности использования буя, а также увеличение времени его работы, появление в его составе микроконтроллера позволяет серьезно усовершенствовать систему связи такого изделия, сделав ее цифровой.
Рассматриваемый буй на микроконтроллерах предусматривает запись акустического сигнала в память микроконтроллера, а затем обратное преобразование его в аналоговую форму для трансляции через радиопередатчик. В случае применения радиомодема необходимость в таком дополнительном промежуточном преобразовании сигнала отпадает, поскольку радиомодем обеспечивает передачу цифровых данных непосредственно из памяти микроконтроллера в радиоканал, а реализация имеющихся и хорошо отработанных протоколов обмена данными позволяет сформировать надежную и простую в использовании технологическую радиосеть8 обмена данными. Стоимость такого технического решения также оказывается вполне приемлемой, поскольку составляет не более 12% стоимости собственно РГБ.
Радиосеть обеспечения работы РГБ может строиться на современных радиомодемах двух типов: «прозрачных»9 и «пакетирующих»10. Применение обоих типов позволяет существенно расширить возможности по управлению их применением и доставке данных на борт носителей, которые могут быть как пилотируемыми, так и беспилотными. В последнем случае управление собственно носителями может производиться также посредством технологической радиосети обмена данными, а сами они выступать в качестве ретрансляторов сигналов от РГБ.
Технологическая радиосеть обеспечения работы РГБ на «прозрачных» радиомодемах
Технические характеристики «прозрачного» радиомодема «Гепард-100И» отечественной разработки представлены в Таблице 2.
Технические характеристики радиомодема «Гепард-100И».
| Общие характеристики | «Гепард-100И» |
|---|---|
 |
|
| Диапазон частот, МГц | 146-174 |
| Шаг сетки частот, кГц (настраивается программно) | 50, 25, 12,5 |
| Рабочее напряжение, В | 10-30 (постоянный ток) |
| Габаритные размеры (Ш х Г х В), см | 17,0 х 16,0 х 6,1 |
| Масса (в упаковке), кг | 1,2 |
| Рабочий режим | симплекс/полудуплекс |
| Выходная мощность при напряжении 13,6 В, Вт | 1-10 |
| Интерфейсы | 2 x RS-232 (DE-9F), RJ45 Ethernet, USB |
| Скорость, кбит/с | 4,8; 9,6; 19,2; 32 |
| Индикация | Питание, состояние, подключение к оконечному оборудованию, приём/передача |
Радиомодем «Гепард-100И» представляет собой «прозрачное» устройство, использующее в качестве основных последовательные интерфейсы RS-232/422/485 и имеющее служебный порт стандарта USB (используется для настройки и диагностики). Кроме того, в состав изделия включен преобразователь Ethernet/RS-232, обеспечивающий подключение к радиомодему внешних устройств с сетевым интерфейсом.
«Прозрачная» технологическая радиосеть обеспечения работы РГБ позволяет:
удаленно многократно включать и выключать любой РГБ в заданной последовательности и с любой задержкой. В настоящее время РГБ включается в работу автоматически сразу после приводнения и активации батареи питания;
производить удаленную настройку рабочих параметров буя;
транслировать управляющие сигналы, например, сигналы единого времени для синхронизации работы всех подключенных к радиосети РГБ, или команд на изменение глубины погружения гидрофона. Выполнение такой команды связано с необходимостью иметь на борту РГБ соответствующие технические устройства, позволяющие выполнить такую операцию, но это уже определяется разработчиком РГБ — радиосеть дает ему такую возможность;
передавать оперативно срочные сигналы, например, на самоликвидацию.
Оптимизация радиомодема «Гепард-100И» с целью использования для обеспечения работы РГБ может идти по направлению снижения его массогабаритных характеристик. Так лучшие образцы зарубежного оборудования такого класса имеют в пять раз меньшую массу изделия в корпусе — до 0,2 кг. Кроме того, конструкция вышеуказанного радиомодема предполагает возможность реализации функции работы в режиме энергосбережения. Дополнительная экономия электроэнергии на борту РГБ может быть также достигнута за счет предварительной обработки микроконтроллером полученных акустических данных и передачи на носитель по радиосети только той информации, которая представляет интерес. Такой алгоритм функционирования дополнительно повышает скрытность применения РГБ.
Трансляция сигналов от РГБ может производиться непосредственно на борт пилотируемого или беспилотного носителя, либо через ретранслятор, в качестве которого могут выступать как пилотируемые, так и беспилотные воздушные или надводные средства. При этом в случае применения ретранслятора зона оперативного применения РГБ может быть существенно расширена, а координация работы отдельных буев позволит сформировать из них мобильную (дрейфующую) гидроакустическую решетку с более высокими характеристиками по обнаружению и сопровождению подводных объектов.
В настоящее время РГБ рассматриваются в качестве «расходного материала», то есть, средства одноразового применения, что предполагает их массовое приобретение и хранение на складах. Так, только в текущем году заключены дополнительные контракты на производство и поставку в общей сложности 18000 серийных гидроакустических буев AN/SSQ-125A на общую сумму более 220 миллионов долларов США11. Оснащение перспективных РГБ средствами «прозрачной» радиосети обмена данными не окажет существенного влияния на их стоимость, а необходимость оснащения данными средствами носителей приведет к дополнительному снижению стоимости радиотехнического оборудования при освоении отечественной промышленностью выпуска современного связного оборудования двойного назначения12.
Технологическая радиосеть обеспечения работы РГБ на «пакетирующих» радиомодемах
Технические характеристики «пакетирующего» радиомодема «Гепард-100С» отечественной разработки представлены в Таблице 3.
Технические характеристики радиомодема «Гепард-100С».
| Общие характеристики | Радиомодем «Гепард-100С» |
|---|---|
 |
|
| Диапазон частот, МГц | 146-174 |
| Шаг сетки частот, кГц (настраивается программно) | 50; 25; 12,5 |
| Рабочее напряжение, В | 10-30 (постоянный ток) |
| Габаритные размеры (Ш х Г х В), см | 17,0 х 16,0 х 6,1 |
| Масса (в упаковке), кг | 1,4 |
| Рабочий режим | симплекс/полудуплекс |
| Выходная мощность при напряжении 13,6 В, Вт | 1-10 |
| Интерфейсы | 2 x RS-232 (DE-9F), Ethernet RJ-45, USB |
| Скорость, кбит/с | 16; 24; 32; 48; 64; 96; 192 |
| Индикация | Питание, состояние, подключение к ЛВС, работа ЛВС, приём/передача |
| Адресация | «прозрачный» или IP |
| Вспомогательные беспроводные интерфейсы | 3G/4G WiFi IEEE 802.11b/g/n |
Радиомодем «Гепард-100С» представляет собой «пакетирующее» устройство. В дополнение к вышеупомянутым последовательным интерфейсам оно имеет полноценный сетевой порт Ethernet, дополнительные встроенные средства обмена данными для работы в составе сотовых сетей связи стандартов 3G/4G (исключаются при оптимизации изделия для работы на море), а также WiFi (IEEE 802.11b/g/n). В действующей схеме радиомодема дополнительно предусмотрена возможность интеграции в его состав спутникового навигационного приемника.
«Пакетирующая» технологическая радиосеть обеспечения работы РГБ в дополнение к перечисленным выше возможностям «прозрачной» радиосети позволяет:
выполнять удаленную настройку рабочих параметров радиомодема в процессе эксплуатации, например, изменять выходную мощность, что положительно сказывается на экономии изделием энергопотребления;
обеспечивать автоматическую ретрансляцию данных в направлении «поверхность — носитель» через соседние буи, что увеличивает надёжность работы радиосети;
передавать навигационную информацию о текущем местоположении от приемника спутниковой навигации, включаемого в состав оборудования РГБ или радиомодема;
формировать помехоустойчивую радиосеть за счет реализации функции помехоустойчивого кодирования;
повышать надёжность доставки данных за счет управления скоростью обмена данными и автоматического выбора индивидуальной скорости обмена данными с конкретным РГБ;
формировать закрытый канал обмена данными между РГБ и носителями.
Надёжность доставки данных приобретает в современных условиях ещё большее значение в связи с началом применения на море специализированных средств радиоэлектронной борьбы, например, аналогичных отечественной разработке «Бурак-М»13.
Таким образом, возможности «пакетирующей» радиосети обмена данными в полном объеме обеспечивают реализацию любой современной концепции применения РГБ, включая разработанные российскими или американскими специалистами концепции использования с этой целью тяжелых беспилотных летательных аппаратов (БЛА) совместно с пилотируемыми самолетами базовой патрульной авиации. При этом управление и мониторинг работы БЛА с борта самолетов базовой патрульной авиации могут производиться через узкополосную радиосеть обмена данными УКВ диапазона и гибко передаваться от самолета надводному кораблю или даже противолодочному вертолету, находящемуся в зоне действия радиосети, а использование воздушных ретрансляторов позволит расширить оперативную зону до нескольких сотен километров.
Естественно, к такой радиосети могут быть дополнительно подключены малоразмерные или крупногабаритные пилотируемые или беспилотные надводные и подводные (полупогружаемые14) средства. При этом обмен данными между ними может быть организован как под управлением единого центра, так и автономно для автоматической координации внутри заданной группы средств.
Перспективная концепция поиска и уничтожения подводных лодок с применением БЛА (https://ai-news.ru/2021/04/stajnoe_oruzhie_minoborony_v_poiske_protivolodochnogo_drona.html).
Важным требованием к такой системе является формирование надежной информационной сети, обеспечивающей ее работу. В настоящее время рассматривается возможность использования с этой целью спутниковых каналов обмена данными, однако в полномасштабной войне такие каналы могут оказаться недоступны в результате воздействия средств поражения или противодействия противника. Технологическая радиосеть в этом случае будет иметь более высокую живучесть и устойчивость, поэтому представляется целесообразным ее применение в качестве основной или резервной.
В составе перспективной американской системы поиска и уничтожения подводных лодок предусматривается использование палубного БЛА вертолетного типа MQ-8C, который наряду со средствами обнаружения сможет нести и средства поражения подводных лодок.
Американский БЛА MQ-8C с двумя контейнерами для гидроакустических буев (https://nplus1.ru/news/2021/02/05/submarine).
В связи с расширением функциональных и оперативных возможностей перспективных РГБ, обеспечиваемого внедрением современных технологий в области гидроакустики и искусственного интеллекта, их стоимость может существенно возрасти, что приведет к необходимости обеспечения эвакуации таких РГБ из района боевого применения после выполнения поставленных задач с целью повторного использования. Выполнение такой эвакуации может производиться пилотируемыми и беспилотными надводными и подводными (полупогружаемыми), а также воздушными аппаратами вертолетного типа по данным о текущем местоположении, передаваемым с РГБ по каналам узкополосной технологической радиосети обмена данными УКВ диапазона. Наличие данных о точном текущем местоположении буя существенно облегчает выполнение этой задачи.
(Продолжение следует)