Малогабаритные акустические системы обнаружения и измерения координат огневых точек

НАУКА И ВОЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ № 1/2007, стр. 23-27

Малогабаритные акустические системы обнаружения и измерения координат огневых точек

УДК 355.42

С.Р. ГЕЙСТЕР,

главный научный сотрудник

Научно-исследовательского института

Вооруженных Сил Республики Беларусь,

доктор технических наук, профессор

Р.В. БЫКОВ,

адъюнкт Военной академии Республики Беларусь

Рассматривается проблема обнаружения огневых точек в различных условиях и характеристика существующих систем обнаружения. Приводится обобщенная структура малогабаритных акустических систем обнаружения огневых точек, измерения их угловых координат и распознавания класса оружия. Рассматривается иллюстративный пример обнаружения (селекции) и измерения угловой координаты огневой точки на фоне эхо-сигналов. Рассматривается проблема обнаружения огневых точек в различных условиях и характеристика существующих систем обнаружения. Приводится обобщенная структура малогабаритных акустических систем обнаружения огневых точек, измерения их угловых координат и распознавания класса оружия. Рассматривается иллюстративный пример обнаружения (селекции) и измерения угловой координаты огневой точки на фоне эхо-сигналов.

Проблема обнаружения огневых точек и пути ее решения

Проблема обнаружения огневых точек противника при ведении боевых действий мотострелковыми подразделениями и поддержании порядка на контролируемой территории (включая города и крупные населенные пункты) всегда являлась актуальной. Актуальность проблемы подтверждается эффективными действиями снайперов и гранатометчиков при ведении боевых действий в Корее, Чечне, Ираке, Афганистане [1], а также в многократных арабо-израильских войнах и конфликтах.

Под огневыми точками противника будем понимать:

позиции стрелков, вооруженных обычным стрелковым оружием (пулеметы, автоматы, винтовки, пистолеты);

позиции гранатометчиков;

позиции снайперов.

Оперативное обнаружение и точное определение координат замаскированных огневых точек необходимо в следующих случаях:

защита от снайперов;

рейд или патрулирование района с использованием боевых машин, в ходе которого противник неожиданно атакует из засады;

проводка автотранспортных колонн;

движение боевой машины в атаке противника;

боевые действия подразделения на стационарной позиции в сложной местности (кустарник, лес) днем и ночью.

Огневые точки противника могут обнаруживаться человеком визуально или на слух, а также с помощью технических средств.

Визуальное обнаружение осуществляется в ходе разведки до огневого воздействия со стороны противника, а также в ходе этого воздействия по огневым вспышкам выстрелов и дыму с пеленгацией огневых точек на слух. Обнаружение в таком наиболее распространенном виде требует хорошей подготовки. Однако, даже при ее наличии, задача усложняется объективными факторами, которыми может воспользоваться противник. Такими факторами могут быть хорошая маскировка стрелков в элементах местности или городского массива, меры по скрытности оптических средств прицеливания, психологическое воздействие, наличие паразитных дезориентирующих эхо-сигналов и пр.

Технические средства обнаружения позволяют решать задачи обнаружения более эффективно. К таким средствам обнаружения огневых точек относятся:

активные оптико-электронные системы, обнаруживающие отражения от оптики прицелов;

пассивные оптико-электронные системы, обнаруживающие вспышки от выстрелов;

акустические системы, обнаруживающие звуки выстрелов и определяющие угловые координаты огневых точек;

акустические системы, обнаруживающие ударную волну летящей пули и определяющие угловые координаты огневой точки;

комбинированные системы, сочетающие акустические и оптико-электронные (оптические) средства.

Анализ показывает, что при сравнительно высокой стоимости оптико-электронные системы имеют ограниченные возможности по обзору пространства в широком (по требованиям - круговом) секторе и обнаружению вспышек выстрелов в условиях сильной освещенности (днем) и задымленности (запыленности), а также в городских условиях с большим количеством элементов из стекла.

В отмеченных условиях более эффективными средствами обнаружения являются акустические системы, которые к тому же являются более дешевыми и универсальными в применении.

В цепи «система обнаружения - человек - оружие» наибольшего эффекта следует ожидать от комбинированных систем, сочетающих акустический и оптический (оптико-электронный) каналы. При этом в комбинированных системах ведущую роль играет акустический канал обнаружения выстрелов и определения угловых координат огневых точек, а оптический (оптико-электронный) канал является ведомым и используется стрелком для допоиска узком секторе и точного наведения оружия на обнаруженную огневую точку противника.

Существующие варианты малогабаритных акустических систем

Необходимость решения проблемы подавления огневых точек в условиях мотострелкового боя или на ходу при прикрытии колонны машин привела зарубежных разработчиков к созданию за последние 5-10 лет целой гаммы акустических систем:

система Ferret acoustic sniper-detection system [2], показанная на рис.1, устанавливается на боевой бронированной машине (рис. 2). Данная система включается в комбинированную акусто-опти-ческую систему AOWS (Acousto Optical Warning System);

система Boomerang 2 (Boomerang 3) [2], размещаемая на автомобилях (рис. 3);

система AAPS (Acoustic Area Protection System) [2], размещаемая на местности (рис. 4).

Фирма MacDonald Dettwiler (MDA), разработчик Ferret system, восемь лет назад рассмотрела все варианты построения антиснайперских систем и, исключив инфракрасные системы как малоэффективные, остановилась на пассивных акустических системах, которые легко устанавливаемы и функционально достаточны при сравнительно низкой стоимости.

Эти системы использовались и продолжают использоваться в настоящее время в Ираке и Афганистане для ведения скрытной акустической разведки и оперативного обеспечения контрмер. Данные системы в некоторых случаях совмещаются с оптическими или оптико-электронными системами и интегрируются с системами управления оружием или солдатами. Объектами разведки этих систем являются стрелковое оружие и ручные гранатометы.

Максимальные дальности действия представленных систем, обеспечивающих ответную прицельную стрельбу из стрелкового оружия, при требуемых точностях пеленгации составляют 1500 - 2500 метров. Точность определения угловых координат (азимут и угол места) огневой точки в таких системах зависит от многих факторов и колеблется в пределах от единиц до десятых долей градусов.

Целесообразно обратить внимание на факт применения отмеченных систем для обнаружения выстрела из ручного гранатомета (запуска двигателя гранаты). С учетом дозвуковой скорости полета гранаты (80 - 300 м/с) и дальности стрельбы возможно обнаружить факт пуска (акустического сигнала выстрела или запуска двигателя гранаты) за десятые доли секунды до момента, когда граната приблизится к бронемашине (автомашине), и привести в действие автоматические средства активной защиты. При этом простейшей мерой защиты является торможение машины, что снижает вероятность или исключает ее выход в упрежденную точку прицеливания.

Обобщенная структура и краткая характеристика принципов функционирования малогабаритной акустической системы

Обобщенная структура малогабаритной акустической системы, представленная на рис.5, включает:

набор из N приемных акустических каналов, рассовмещенных в пространстве по определенной схеме;

устройство межканального обнаружения, обеспечивающее межканальную обработку сигналов, поступающих с набора рассовмещенных в пространстве каналов;

устройство измерения угловых координат огневых точек;

устройство селекции и распознавания, обеспечивающее селекцию сигналов выстрелов на фоне помеховых эхо-сигналов и распознавание класса оружия;

устройство визуализации и звуковой индикации, обеспечивающее визуальное отображение углового местоположения огневых точек относительно системы и звуковую индикацию. В качестве звуковой индикации могут использоваться звуковые сигналы предупреждения (особенно при расположении потребителя информации в укрытии или бронированной машине), звуковое воспроизведение информации о координатах и классе оружия.

Приемные акустические каналы являются идентичными по своим характеристикам и включают в себя акустическое согласующее устройство, акустоэлектрический преобразователь и устройство внутри-импульсной обработки.

Для обнаружения акустических сигналов и определения угловых координат огневых точек могут использоваться различные варианты пространственно-временной и спектральной обработки принятых сигналов. В данной работе будем использовать для пояснений только временную обработку сигналов.

На рис. 6 приводится иллюстрация принципа определения одной угловой координаты (N=2) огневой точки (обозначена буквой А), которая находится в дальней акустической зоне по отношению к системе с двумя звукоприемниками акустических каналов АК1 и АК2, разнесенными на базу d. Акустический сигнал приходит под углом по отношению к линии, проведенной перпендикулярно линии базы и обозначающей направление привязки (позиционирование) акустических каналов системы.

С учетом введенных обозначений угловое направление на огневую точку определяется по взаимной относительной задержке акустических сигналов, приходящих на звукоприемники, исходя из выражения

где - разность расстояний, которые проходит фронт звуковой волны, причем - скорость звука, зависящая от вектора параметров воздушной среды, - время задержки сигналов, принятых первым tz1 и вторым tZ2 звукоприемниками акустических каналов.

С учетом введенных обозначений выражение (1) преобразуется к виду

и искомый угол а определяется, фактически, путем измерения времени задержки tz в приходе акустической волны.

Исходя из выражения (2), ошибки измерения угловых координат огневой точки в акустической системе зависят от следующих факторов:

точности взаимного позиционирования звукоприемников акустических каналов системы;

точности привязки системы к местности или оружию контрвоздействия;

точности определения скорости распространения звука;

точности измерения разности во времени прихода фронта звуковой волны на звукоприемники акустических каналов.

Иллюстративные результаты экспериментальных исследований

Для иллюстрации практических возможностей акустических систем воспользуемся результатами, полученными научно-производственным предприятием «Демерес», которое инициативно выполняет работы по созданию малогабаритных звукометрических систем и комплексов, проведению экспериментальных исследований их элементов, а также созданию новых алгоритмов обработки акустических сигналов и информации, обеспечивающих высокое качество решения задач обнаружения, измерения координат и распознавания.

На рисунке 7 представлен действующий макет двухканаль-ной звукометрической системы, использованный для проведения экспериментальных исследований.

В качестве примера, иллюстрирующего возможности звукометрических систем, рассмотрим запись акустических сигналов автоматной очереди, произведенной из огневой точки А (рис. 8) в ходе международных соревнований. При этом линия, перпендикулярная к линии базы двух звукометрических приемников (АК1 и АК2), была направлена на огневую точку, удаленную от макета системы на расстояние 750 метров.

На рис. 9 - 18 представлены временные структуры принятых акустических сигналов:

полные реализации восьми импульсных сигналов на выходах первого u1(t) (рис. 9) и второго u2(t) (рис.10) звукоприемников;

детальные реализации каждого из восьми сигналов, приведенных на рис. 9 и рис. 10, на выходах двух звукоприемников (рис.11 - 18).

Из рис. 9 - 10 видно, что амплитуды и интервалы следования всех восьми сигналов примерно одинаковы. На основании этого можно принять решение, что эти сигналы являются полной автоматной очередью из одной точки.

Однако детальный анализ отдельных сигналов (рис. 11 - 18) показывает следующее:

сигналы 1, 3, 5 и 7 пришли с направления, перпендикулярного линии базы, то есть из истинной огневой точки;

сигналы 2, 4, 6 и 8 пришли с направления, которое находится правее линии, перпендикулярной линии базы, и запаздывают относительно последовательности 1, 3, 5 и 7. Следовательно, сигналы 2, 4, 6 и 8 являются результатом переотражения реальных сигналов выстрелов от лесного массива (рис. 8).

В итоге рассмотрения данного примера можно сделать следующие выводы:

истинная огневая точка находится на линии, перпендикулярной линии базы двухэлементной звукометрической системы;

ложная точка, от которой приходят эхо-сигналы, находится левее базы под углом 9,49 град с учетом того, что d = 1 м, = = 330 м/с;

темп стрельбы из использованного в данном случае автоматического оружия составляет 1600 выстрелов в минуту, что позволяет сделать вывод о классе (типе) оружия.

Выводы

1. Актуальность проблемы обнаружения и определения координат огневых точек наибольшим образом проявилась в последнее десятилетие в ходе военных конфликтов и террористических действий. В настоящее время эта проблема сравнительно успешно решается в отдельных странах мира путем разработки и широкого использования специализированных технических средств.

2. Анализ тенденций развития и практические исследования показывают, что основными техническими средствами, которые наиболее эффективно проявляют себя в решении данной проблемы, являются акустические или звукометрические системы. Их преимущества заключаются в возможности устойчивой работы в любых условиях (яркая освещенность, задымленность, запыленность и пр.) и характеристиках, обеспечивающих оперативное принятие контрмер.

3. Акустические системы, работа которых основана на природе акустических эффектов, сопровождающих выстрелы из стрелкового оружия и гранатометов, могут быть использованы как автономные средства оперативной разведки, так и в составе автоматических огневых систем.

ЛИТЕРАТУРА

1. Чеченская война: события и факты (Анализ боевых действий в Чеченской Республике 1994 - 1996гг.)/ Учебное пособие. - Минск: Военная академия. - 1999. - 74 с.

2. Jane's. International Defence Review. - Vol.39. December 2006. - P. 59- 65.

---