Заметки о Курышеве и "Рице"

Unknown

Заметки по Курышеву и «Рице».

1.С чего все началось

Существовала информация, что за счёт дополнительной обработки входных г/акустических сигналов аппаратурой узкополосного спектрального анализа (УПА), сопряжённой или встроенной в канал ШП ГАК американские ПЛ повысили характеристики своих акустических комплексов.

Что такое «Узкополосный спектральный анализ» ?

Программа Узкополосный спектральный анализ предназначена для узкополосной спектральной обработки сигналов, поступающих с входных каналов модулей АЦП и анализаторов спектра (в реальном масштабе времени или в режиме воспроизведения записанных временных реализаций), а также просмотра различных спектральных характеристик сигналов.

Спектральный анализ используется для разделения сигналов на простейшие составляющие в частотной области. В основе данного типа анализа лежит принцип разложения временной реализации сигнала в частотный спектр с равномерным шагом по частоте с помощью преобразования Фурье.

По форме спектра можно определить наличие в измерительном канале тональных сигналов (дискретных составляющих) и шумовых компонент. Дополнительные возможности построения спектрограмм (в 2-мерном или 3-мерном виде) позволяют проследить динамику нестационарных процессов. Спектрограмма представляет собой спектрально-временное представление сигнала, рассчитанных за равные промежутки времени. Построение сечений спектрограммы по времени и по частоте позволяет измерить параметры нестационарных процессов.

Ключевое понятие-« позволяют проследить динамику нестационарных процессов».

Далее.

Первый зам. ГК ВМФ Смирнов Н.И., через постановление ЦК и Совмина СССР, инициировал проведение соответствующего НИР, шифр «Гряда», по изучению возможностей повышения дальности действия (ДД) пассивных г/акустических средств наших ПЛ с помощью системы узкополосного анализа при шумопеленговании в звуковом диапазоне. Т.е., ставилась задача, в ходе работ выяснить, присутствуют ли в шумах ПЛ характерные дискретные составляющие и, если они присутствуют, возможно ли их использование с целью увеличения дальности обнаружения ПЛ.

Выполнение данного НИР было поручено ЦНИИ «Морфизприбор». Руководителем работ был назначен Стрелков И.Н., начальник сектора, занимавшегося в ЦНИИ «Морфизприбор» разработкой средств обнаружения г/акустических сигналов.

В рамках проводимого НИР была закуплена за рубежом соответствующая аппаратура УПА, выделена ДПЛ СФ пр.641Б с ГАК «Рубикон», определён СРЗ для переоборудования этой ДПЛ под установку необходимого оборудования, определены сроки выполнения НИР и порядок его финансирования.

В ходе работ группой Стрелкова было установлено, в частности, что ПЛ, как иностранные, так и наши, в спектрах своих шумов, в исследуемом диапазоне частот, не имеют ярко выраженных характерных ДС с уровнями, позволяющими использовать аппаратуру УПА совместно с каналом ШП ГАК, как повышающую эффективность ГАК по обнаружению ПЛ.

Т.е., при использовании УПА с ГАК невозможно увеличить его дальность обнаружения ПЛ, по сравнению с каналом ШП без УПА. Поэтому нет смысла добавлять аппаратуру УПА ни к одному из ГАК, состоящему на вооружении ПЛ (ни к «Рубикону», ни к «Скату»).

По выводам НИР «Гряда»— « гидроакустические комплексы подводных лодок оптимальны и нет необходимости вводить в состав спектроанализаторы для обнаружения малошумных источников…».

Вместе с тем, Стрелков отметил, что одним из результатов данной работы, явилось практическое подтверждение возможности резкого снижения уровня помех на ПЛ, что само по себе, яко бы, обеспечивало существенное увеличение ДД ГАК, а уменьшение шумности во внешнем поле снижало заметность ПЛ для сонаров противника.

Поэтому в составе гидроакустических комплексов подводных лодок того времени не было спектроанализирующей аппаратуры, с принципами автоматического обнаружения дискретных составляющих, подавления собственных помех, с встроенной системой распознавания спектральных образов..

Почему?

1. В ГАС ПЛ в середине 70-х годов приемный гидроакустический тракт был высокочастотный ( около8 кГц). Дискретные составляющие на таких частотах в шумах американских подводных лодок отсутствовали физически, так как на ПЛ не было механизмов, которые их бы излучали.

2. В то время при спектральной обработке шумовых сигналов отсутствовало (по крайней мере в СССР) быстрое преобразование Фурье (БПФ), а используемое для этих целей прямое преобразование было слишком затратным во времени— несколько часов на одну 10 секундную реализацию шума.

3. В ГАС МГК-400 отсутствовал приемный инфразвуковой приемный тракт, который мог бы принимать излучаемые американскими атомными лодками того времени (второе поколение) дискретные составляющие (лопастные, излучаемые гребным винтом., и , излучаемые машинами и механизмами).

4. Поэтому выводы по НИР’’ Гряда’’ о нецелесообразности использования спектрального анализа в тракте ГАС ПЛ того времени — были правильными.

В 1985 году (когда еще велась работа над “Рица’’) проходили государственные испытания цифрового лодочного ГАК «Скат-3», в котором производилась цифровая обработка дискретных составляющих шума цели , принимаемого гибкой протяженной буксируемой гидроакустической антенной в диапазоне частот от 15 до180 Гц (5 режим ГАК) и осуществлялась цифровая классификация обнаруженной цели по выделенным дискретным составляющим (режим 6 ГАК — цифровой классификатор «Аякс»).

Однако, такие выводы явно не устроили командование ВМФ и, в частности, инициатора данной работы Смирнова Н.И., который оказался в непростой ситуации. С одной стороны флот получал информацию о больших дальностях обнаружения американцами наших ракетных ПЛ, постоянном скрытном слежении за ними, с использованием, в частности, аппаратуры УПА. С другой, заверения «Морфизприбора» об оптимальности параметров отечественных ГАК по обработке гидроакустических сигналов и бесперспективности дальнейшего повышения их эффективности с помощью УПА. Причём, эти заявления со стороны «Морфизприбора» не были голословны, они основывались на выводах НИР «Гряда», которую военные сами же и заказали. Спорить с «Морфизприбором» в этом вопросе было как-то неудобно.

Когда проводилась НИР «Гряда», другая организация, ЦНИИ «Агат», не дожидаясь её окончания, результатов исследований и выводов, согласовала ТТЗ на разработку отечественной аппаратуры УПА для ПЛ, шифр «Напев», по своим характеристикам примерно аналогичной той импортной, что использовалась Стрелковым. Целью создания аппаратуры «Напев» было увеличение дальности обнаружения ПЛ за счёт использования узкополосного анализа, при её совместной работе с ГАК ПЛ и классификация целей.

Тем не менее, аппаратуру эту, плюс аппаратуру сопряжения с ГАК, «Агат» сделал и оснастил ей 5 АПЛ (в ДПЛ такой объём радиоэлектронного оборудования просто не поместился бы) . Вещь поучилась тяжёлая, объёмная, цены не малой, но в практическом применении, совершенно бесполезной. На флоте «Напев» своё прямое предназначение по увеличению дальности обнаружения ПЛ и классификации целей не выполнил.

Сошлюсь на мнение командира ПЛА 671 РТМ контр. адмирала Дудко (Книга «Герои Бангора»)

«А электронная военная техника на базе встраиваемых компьютерных технологий отличается от офисных компьютеров фактической «встроенностью» в боевые машины, и, ее нельзя перетаскивать с места на место. Аппаратура спектрального анализа «Напев» советского производства, занимала половину второго отсека, а экран осциллографа находился там же, и как акустик мог наблюдать из третьего отсека за работой прибора? В то же время, как импортное устройство отвечало всем требованиям гидроакустического комплекса ПЛ, помещалось в двух кейсах и имело параметры повышенной надёжности, присущие боевым системам.»(с)

Итак. Деньги были потрачены впустую. «Морфизприбор» был прав. Ещё бы, они ведь написали в выводах НИР «Гряда», что использование аппаратуры УПА совместно с ГАК ПЛ никакого практического выигрыша по дальности обнаружения ПЛ по ДС не даст. А им не поверили. Получилось, что негласно, командованием флота выводы НИР «Гряда» были поставлены под сомнение.

Ни «Морфизприбор», ни «Агат», не сумели решить эту проблему, поставленную перед ними флотом.

2.Начало разработки «Рица».

В 1983 году командование ВМФ узнало о работах, проводимых с 1981 года инициативной группой офицеров подводников 4 ЭСКПЛ СФ, под руководством Курышева В.Е., по тематике: « Цифровая обработка г/акустических сигналов канала ШП ГАК, с последующим спектральным анализом и обработкой в ЭВМ усреднённых энергетических спектров информационно-адаптивными алгоритмами с целью повышения эффективности ГАК по обнаружению ПЛ».

В 1984 году Смирнов Н.И.поручил Курышеву изучить материалы НИР «Гряда» и доложить ему свои соображения. Изучив материалы и выводы НИР, Курышев доложил Смирнову, что основной вывод, сделанный Стрелковым, в свете поставленной задачи, в целом, правильный. Т.е. потенциал по обнаружению ПЛ в ШП в широкой полосе, при одинаковом времени накопления сигнала, всегда будет больше потенциала обнаружения ПЛ по ДС небольшого уровня.

Нет смысла добавлять к ГАК аппаратуру УПА в той комплектации и с той технологией обработки сигнала и визуализации данных, с которой Стрелков проводил свои исследования.

Оцифровка входного сигнала и последующая его обработка БПФ, с целью получения усреднённых энергетических спектров в элементе разрешения, процедура, не позволяющая кардинально увеличить дальность действия ГАК по выявленным ДС. Причин этому много.

Во-первых, это отсутствие в шумах наших и иностранных ПЛ ДС необходимого уровня. Во-вторых, это не одинаковость ширины ХН для различных частот спектра, что не позволяет получать однозначного направления на цель и разделения нескольких целей в элементе разрешения.

Невозможность оценки дистанции до цели и невозможность однозначной идентификации обнаруженных ДС с какой либо целью, т.к. для этого необходимо было, предварительно, создать банк данных классификационных признаков и программу классификации. Но при создании такого банка на основе ДС исследователь неминуемо столкнулся бы с неразрешимой задачей размерности пространства признаков и соответствия им количества различаемых классов. Это количество увеличивалось бы по мере обследования новых целей и накопления классификационных признаков, что, в конечном итоге, поставило бы крест на решении задачи классификации. Это, в свою очередь, привело бы к тому, что окончательную классификацию акустикам пришлось бы осуществлять на слух, на дистанции обнаружения цели в широкой полосе канала ШП. Невозможность решения проблемы классификации и определения точного направления на цель, а так же разделения нескольких целей в элементе разрешения, при подобном подходе, делало использование аппаратуры УПА совместно с ГАК малоэффективным.

Отличие «Рицы» от работы Стрелкова заключается в том, что в «Рице» усреднённые энергетические спектры не являются конечным продуктом анализа и основой отображения на индикаторе и рекордере. Они являются только исходным материалом для дальнейшей оригинальной обработки. (От автора— точнее сказать, для отсеивания тех объектов, которые не являлись целью поиска. «Рица» гребла все подряд— био.объекты, надводные объекты, буровые и проч.)

Курышев представил Смирнову Н.И. свою концепцию повышения эффективности ГАК ПЛ путём параллельного подключения к тракту ШП ГАК аппаратно-программного комплекса открытой архитектуры, состоящего из двух канального блока 12-разрядных АЦП, для оцифровки входных сигналов, спец.процессора БПФ, для получения

усреднённых энергетических спектров и ЭВМ, для обработки этих спектров по специальным адаптивным программам, с последующей визуализацией обработанных данных на экране ЭВМ. По сути, командованию ВМФ был представлен проект дополнительного малогабаритного цифрового тракта обработки г/а сигналов, работающего параллельно и не зависимо от штатного ГАК, начиная с формирователя Х.Н. в горизонтальной плоскости, со своей системой отображения информации, в габаритах которые можно было разместить на любом проекте ПЛ.

Не маловажно и то, что представленная аппаратура была полностью отечественного производства. Смирнов Н.И. согласился с предложениями Курышева и распорядился продолжить работы инициативной группы по заявленной тематике на 4 ЭСКПЛ СФ.

Подводя итоги, можно сказать, что НИР «Гряда» для того времени была достаточно революционна. Выводы, сделанные в этой работе, в свете поставленной задачи, правильные. Однако, к проекту «Рица» они не имеют никакого отношения.

Исследования показали, что перспектива решить проблему повышения дальности по обнаружению малошумных ПЛ простым добавлением к тракту ШП ГАК аппаратуры УПА обречена на провал. К этому выводу пришёл Стрелков, это прекрасно понимали и разработчики «Рицы». Эта проблема, в такой постановке вопроса, не решаема ещё и потому, что использование обнаруженных в энергетических спектрах ДС в качестве классификационных признаков не позволят решить задачу классификации в принципе.

А без решения этой задачи проблема повышения дальности обнаружения по ДС теряет всякий смысл.

Выход видится в преобразовании энергетических компонент спектра либо в корреляционную матрицу, либо в их их информационный эквивалент. Решение этой задачи позволяет избавиться от всех недостатков, присущих энергетическим спектрам. Использование подобных технологий применительно, практически, к любым г/а средствам, может позволить существенно повысить их эффективность по дальности обнаружения. Что, собственно и было реализовано в приставке «Рица».

Однако, возникает резонный вопрос, а как же американцам в 70-х годах удалось получить положительные результаты при использовании УПА и существенно увеличить дальности обнаружения наших ПЛ. Причин несколько.

Во-первых, в начале 70-х шумность и уровень помех работе ГАК у наших АПЛ были существенно выше, чем у американских.

Во-вторых, в это время американцы проводили интенсивные исследования по цифровой обработке сигнальной информации с использованием БПФ, накоплении энергетических спектров, выделении из спектров узкополосных частотных составляющих для их дальнейшей обработки методами, обеспечивающими высокую разрешающую способность.

Подобные методы привели к разработке устройств новой архитектуры, в которых большинство вычислительных операций относилось к матричным операциям и которые реализовывались на СБИС, обеспечивающих вычисления путём матричного умножения и накопления и имели более высокую эффективность по пространственному разрешению целей, чем наши, основанные на аналоговой корреляционной обработке широкополосных шумовых сигналов.