Глубокая модернизация навигационной аппаратуры БМП/ БМД и танков Т-90/Т-72 на основе комплекса «ГАЛС - Д2М»

Глубокая  модернизация навигационной аппаратуры БМП/ БМД и танков Т-90/Т-72 на основе комплекса «ГАЛС - Д2М»

Государственная программа вооружения и ФЦП «Развитие  оборонно-промышленного комплекса  на 2011-2020 годы» нацелены на создание новых образцов вооружения.

Кардинальное решение  проблем в оснащении Вооруженных  Сил Российской Федерации современным  бронетанковым вооружением (БТВТ) может  быть достигнуто как за счет перевооружения перспективными образцами, так и  за счет осуществления глубокой модернизации существующих образцов, доводя их параметры  до требуемых значений тактико-технических  характеристик (ТТХ).

В современном бою для  выполнения поставленных боевых задач  БТВТ должна иметь новые информационно-навигационные  системы, которые в ближайшей  перспективе будут работать в  одном информационно-навигационном  поле Сухопутных войск, авиации и  средств противовоздушной обороны, будут интегрированы в единую систему управления тактического звена (ЕСУ ТЗ «Созвездие М2»).

По анализу информации из зарубежных источников, концепция  разработки специализированной танковой информационно-управляющей системы (ТИУС) в интересах БТВТ была признана армией США в итоге ошибочной, что привело к принятию решения  по созданию единой FBCB-2 EPLRS системы [5], примерная структура, которой показана на рисунке 2.

Следует отметить, что разработчики БТВТ оборонно-промышленного комплекса  России, в силу ряда причин, не могли  за последние годы предложить ничего аналогичного ни ТИУС, ни, тем более, системе FBCB-2 EPLRS, кроме модернизации навигационной танковой аппаратуры ТНА-4. Для замены морально устаревшей танковой аппаратуры ТНА-4 предприятиями  оборонно-промышленного комплекса  разработано семейство навигационной  аппаратуры - «Гамма», «Гамма-1» и  «Гамма-2».

Семейство навигационной  аппаратуры «Гамма» представляет собой  навигационную систему боевого  управления танками, самоходной артиллерией  и подвижными объектами ракетных войск и ПВО. Аппаратура «Гамма-1» - система средней точности для  командирских машин в бронетанковых  подразделениях. «Гамма-2» - массовая навигационная  аппаратура для оснащения линейных подвижных объектов сухопутных войск (танков, БТР, БМП, автомобилей).

Анализ технических характеристик  и функциональных возможностей семейства  аппаратуры системы «Гамма» показывает, что на 2012 год они значительно  отстают от передовых образцов и  современных требований по времени  готовности к работе, по точности местоопределения и навигации, времени наработки на отказ. Сравнительный анализ основных характеристик бортовой навигационной аппаратуры в сравнении с рассматриваемым в данном материале изделием ГАЛС-Д2М, разработанным в инициативном порядке НПО ПРОГРЕСС, приведен в таблице № 1.

Таблица № 1

Сравнительный анализ основных характеристик применяемых инерциально -навигационных систем ведущих производителей в сравнении с ГАЛС-Д2М (БИНС-4, НПО ПРОГРЕСС) приведен в таблице № 2.

Таблица № 2

Условные обозначения  таблицы № 2: ВОГ - волоконно-оптический гироскоп; КЛГ -кольцевой лазерный гироскоп; ДНГ - динамически настраиваемый гироскоп; СКО -среднеквадратичная ошибка. Примечание: Навигационная система LN-270 используется в боевых танках армии США типа M1A1 Abrams.

Используемое в составе  аппаратуры ТНА-4 и "Гамма" изделие "ССГККУ" (самоориентирующаяся  гироскопическая система курсокреноуказания) представляет собой трехосный гиростабилизатор блочно-модульного исполнения на базе динамически настраиваемых гироскопов. Именно ССГККУ определяет точностные характеристики всей навигационной аппаратуры БТВТ и имеет характерные черты:

• наличие механических и подвижных деталей и, как следствие, сложность конструкции
• большое время начального запуска и низкая чувствительность
• высокая потребляемая мощность и низкая радиационная и удароустойчивось
• небольшой срок службы
• потенциально высокая стоимость

Отсюда следует, что для  улучшения параметров, в том числе  и функциональных возможностей навигационной  аппаратуры, существующая линейка навигационных  изделий различных модификаций  БТВТ нуждается либо в дальнейшей глубокой модернизации, либо замене на более совершенные системы.

Бортовой вычислительно-навигационный  комплекс ГАЛС-Д2М

Для модернизации морально устаревшей навигационной системы  БТВТ ООО "НПО "ПРОГРЕСС" (Россия, Москва) в инициативном порядке на протяжении ряда лет проводило работы по разработке и созданию бортового  вычислительно-навигационного комплекса "ГАЛС-Д2М" [ 1 ].

Изделие "ГАЛС-Д2М" состоит  из основных узлов (рисунок 4):

• Устройство отображения командира
• Центральный блок управления и навигации
• Бесплатформенная инерциальная навигационная система; Курсоуказатель водителя
• Допплеровский датчик скорости и радарный блок дистанции (опционально)
• Антенна спутниковой навигационной системы

Центральный блок управления и навигации

Центральный блок управления и навигации обеспечивает:

• возможность работы с автоматизированным навигационно-телекоммуникационным комплексом для высокоточного позиционирования вооружения и военной техники (изделие "ГАЛС-ВТ")
• возможность работы с единой системой управления тактического звена (ЕСУ ТЗ) «Созвездие М2»
• УКВ/КВ радиостанциями тактического звена управления
• возможность работы со спутниковой навигационной системой ГЛОНАСС по сигналам L1 и L2 с ВТ-кодом при использовании режимов затруднения «Штора» и исключения несанкционированного доступа
• возможность совмещенной работы с спутниковыми навигационными системами ГЛОНАСС L^CT/ВТ-код) + L2(СТ/ВТ-код) и GPS L^C/A-код)
• определение координат и дирекционного угла БТВТ
• автоматическое отображение параметров движения БТВТ (координат, скорости и направления движения) на устройстве отображения и курсоуказателе водителя
• автоматическое отображение трехмерного пространственного положения танка на устройстве отображения и курсоуказателе водителя: углов ориентации в трехмерном пространстве, скорости поворота относительно трех осей, скорости и ускорения перемещения по трем направлениям
• автоматическое определение дирекционного угла на пункт назначения
• автоматическое определение курсового угла на пункт назначения
• отображение местоположения БТВТ на устройстве отображения с электронной навигационной картой
• автоматическое определение дальности до пункта назначения
• автоматическое отображение пунктов назначения, контрольных точек и целей на электронной навигационной карте после их введения в устройство отображения
• работу с электронной навигационной картой при движении БТВТ
• хранение электронных навигационных карт на встроенной защищенной электронной карте памяти
• автоматическая запись и хранение маршрута движения БТВТ (до 5 лет)
• автоматический поиск контрольных точек и целей по адресу
• автоматический поиск контрольных точек и целей по координатам
• автоматическое определение максимальной и средней скорости движения БТВТ
• автоматическое определение времени в пути до контрольных точек и целей
• масштабирование электронной навигационной карты на устройстве отображения
• автоматическое определение координат неизвестной точки по дальности и углу на точку
• работу в режимах: автономном, спутниковом и интегрированном
• возможность диагностики систем и узлов с отображением на устройстве отображения параметров и кодов неисправностей систем и узлов танка;

Вариант структурно-функциональной схемы изделия "ГАЛС-Д2М" показан  на рисунке 5.

Условные наименования для  структурно-функциональной схемы изделия "ГАЛС-Д2М" приведены в таблице  № 3.

Таблица № 3

Изделие "ГАЛС-Д2М" предназначено  для повышения оперативных возможностей БТВТ по ориентации и навигации в  движении, стабилизации и прицеливанию системы вооружения, в том числе  по неплановым оперативным целеуказаниям. В "ГАЛС-Д2М" воплощены лучшие технические решения, не уступающие мировым аналогам в области инерциально-навигационных, информационно-компьютерных, телекоммуникационных и спутниковых технологий.

В основу построения "ГАЛС-Д2М" заложен одометрический принцип. В  тоже время, комплекс "ГАЛС-Д2М" комплексирован с приемником спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС/GPS, что позволяет исключить накапливающиеся систематические ошибки одометрического канала и случайные ошибки спутникового. Автономный режим работы "ГАЛС-Д2М" обеспечивается за счет комплексирования бесплатформенной инерциальной навигационной системы (БИНС) с одометрами (механическими и/или доплеровскими датчиками скорости).

Комплекс "ГАЛС-Д2М" позволяет  работать в едином информационно-навигационном  пространстве с системой вооружения и наведения при совершении марша  или ведения боя.

Механик-водитель имеет возможность  не только видеть трехмерное пространственное положение и курс БТВТ, но наблюдать  обзор заднего вида при маневрировании задним ходом на устройстве отображения  при помощи аналоговых камер (возможно подключение до 4 аналоговых камер). Для механика-водителя радарным блоком обеспечивается автоматический расчет дистанции до впереди находящегося препятствия, что обеспечивает безопасность при движении и повышает возможности  БТВТ.

Командир БТВТ имеет возможность  работы с электронными навигационными картами в движении, что обеспечивает повышение боевой эффективности на марше и в боевых условиях.

Устройство отображения

Управление режимами "ГАЛС-Д2М" и ввод-вывод информации осуществляется с устройства отображения, которое  имеет жидкокристаллический дисплей  с разрешением 800x480, диагональю 7'' (178 мм) и функцией Touch Screen. Габариты устройства отображения не более 198 x 123,5 x 36 мм, масса до 2000 г, отвечает требованиям ГОСТ РВ 20.39.304-98 (диапазон рабочих температур: от -50°С до + 55°С).

Устройство отображения  обеспечивает работу командиру БТВТ в движении с электронными навигационными картами всех военных округов  размещенных в защищенной от копирования  электронной карте памяти.

Устройство отображения  совместно с центральным блоком навигации и управления образуют контур автоматизированного рабочего места командира БТВТ.

Бесплатформенная инерциальная навигационная система

Бесплатформенная инерциальная навигационная система (БИНС) предназначена для определения и выдачи параметров ориентации и навигации с возможностью использования данных спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС/GPS и одометрического/доплеровского датчика скорости.

Все используемые в ГАЛС-Д2М  БИНС построены на российских легких кремниевых акселерометрах и российских волоконно-оптических гироскопах. Технология НПО ПРОГРЕСС позволила, сохранив присущий традиционным бесплатформенным инерциальным навигационным системам высочайший уровень помехозащищенности и надежности, создать систему с уникальными сочетаниями весовых, стоимостных и точностных характеристик.

БИНС имеет возможность  выдачи данных по стабилизации, ориентации и навигации через центральный  блок управления и навигации (ЦБУН) в системы вооружения и управления оружием БТВТ. Обмен цифровой информацией  между БИНС и ЦБУН комплекса "ГАЛС-Д2М" осуществляется по каналу информационного  обмена с частотой не менее 100 Гц. Основные тактико-технические характеристики инерциально-навигационных систем различных вариантов исполнения ГАЛС-Д2М приведены в Таблице № 4.

Таблица № 4

На рисунке 8 представлено семейство БИНС, применяемых в  различных вариантах исполнения изделия ГАЛС-Д2М. Как видно, размеры и конструкция отличаются друг от друга. Корпуса представляют собой сварные установочные комплекты - кронштейны с системой специальных амортизаторов и приспособлены для компенсации экстремальных ударных воздействий, неизбежных при применении в БТВТ. Например, изделия выдерживают максимальные перегрузки 189,8 g длительностью 0,5 мс и 100,5 g при длительности 1 мс. Применение таких кронштейнов неизбежно приводит к некоторому увеличению общих весовых характеристик изделия, но зато обеспечивает работоспособность изделия на протяжении длительного времени эксплуатации БТВТ. В БИНС использованы отечественные волокно - оптические гироскопы (ВОГ), так как получение аналогичных ТТХ на кольцевых лазерных гироскопах в настоящее время не представляется возможным, не говоря о механических. Для инерциально-навигационной аппаратуры не менее важны температурные характеристики. Обеспечение работоспособности изделия в диапазоне от -50 до +55, градусов Цельсия заведомо обеспечивает безотказность во всех климатических зонах.

В режиме работы «Ходовой компас»  БИНС выдаёт показания углов крена  и тангажа, выполняет медленное приведение курсовой оси в плоскость текущего меридиана, производит счисление координат относительно запомненных перед предыдущим выключением питания прибора или при наличии сигнала от спутниковой навигационной системы (СНС) ГЛОНАСС относительно последних полученных координат.

Для бронетанкового вооружения особенностью является то, что навигационная  информация должна быть получена от инерциальной системы навигации, как основного  канала, а спутниковый и одометрический каналы являются дополнительными.

Навигационные данные - являются основой для принятия решения  при движении и маневре на поле боя. Однако, для выполнения боевой задачи БТВТ требуется еще решение задач по стабилизации и ориентации оружия.

Боевая стрельба, преодоление  водных преград, движение в горной местности, лесных массивах и в условиях РЭБ  противника, невозможны в принципе без использования инерциально-навигационных систем в БТВТ.

Основной задачей системы  стабилизации БТВТ является приведение орудия в нужное время в нужное положение при наведении и  стрельбе по цели. Система стабилизации должна позволять наводчику сопровождать движущуюся цель без больших отклонений линии прицеливания. Основным требованием  к системе стабилизации является точная стрельба по неподвижным и  движущимся целям во время высокоскоростного  движения танка. Лишь хорошая система  стабилизации приводит к высокой  вероятности попадания первым выстрелом [4].

Анализ ТТХ (таблица № 4) БИНС ГАЛС-Д2М показывает, что изделие  может быть использовано не только для ориентации и навигации БТВТ, но и стабилизации оружия.

Антенна СНС

Антенна спутниковых навигационных  систем (СНС) предназначена для приема сигналов от спутниковых навигационных  систем ГЛОНАСС и GPS.

Доплеровский  датчик скорости

Доплеровский датчик скорости (ДДС) предназначен для бесконтактного измерения скорости танка с высокой  точностью (до 0,3%), определения направления  движения. ДДС может выполнять  функции радарного блока дистанции.

Допплеровский датчик скорости осуществляет через последовательный интерфейс передачу информации в  ЦБУН о пути, скорости, ускорении  БТВТ, а также сигналов состояния. ЦБУН передает данные от допплеровского датчика скорости в БИНС. Для справки, габариты датчика около 700 мм и диаметр 120 мм (размеры приведены с антенной), вес не более 800 грамм, работа в К-диапазоне  при мощности около 30 мВт.

Курсоуказатель водителя

Курсоуказатель водителя имеет жидкокристаллический дисплей с разрешением 800x480, диагональю 7'' (178 мм), габариты не более 198x123,5x36 мм. Курсоуказатель водителя используется для индикации дирекционного угла БТВТ. Курсоуказатель водителя имеет возможность автоматического отображения трехмерного пространственного положения БТВТ на дисплее: углов ориентации в трехмерном пространстве, скорости поворота относительно трех осей, скорости и ускорения перемещения по трем направлениям, изображения с внешних камер, параметров дистанции.

Боевое применение ГАЛС-Д2М

Комплекс "ГАЛС-Д2М" имеет  возможность работы в едином информационно-навигационном  пространстве системы тактического звена управления "Созвездие М2" и имеет встроенный УКВ модем и цифровой модем для работы с аналоговыми УКВ радиостанциями. По стыку С2 (RS232C) ГАЛС-Д2М имеет возможность подключения к любым цифровым УКВ/КВ радиостанциями тактического звена управления. Вариант использования изделия ГАЛС-Д2М в составе цифровой информационно-навигационной системы ГАЛС-Н1 [ 2 ] представлен на рисунке 9.

Изделие ГАЛС-Д2М имеет  возможность комплексирования с  системой стабилизации комплекса вооружения БТВТ и представлет собой не только вычислительно-навигационый комплекс, по сути это комплесное решение для создания единого информационно -навигационного пространства в интересах БТВТ. "ГАЛС-Д2М" объединяет в себя контур автоматизированного рабочего места командира, комплексную систему стабилизации, ориентации и навигации, систему диагностики узлов и агрегатов БТВТ. Возможности использования изделия в едином информационно-навигационном пространстве БТВТ показаны на рисунке 10.

Примечание: Блок диагностики изделия "ГАЛС-Д2М" работает с определенными марками дизельных двигателей имеющих электронный блок управления (для использования данной функции с существующими потребуется модернизация дизельных двигателей БТВТ электронными датчиками).

Важной особенностью комплекса  ГАЛС-Д2М является то, что в одном  из вариантов исполнения, изделие  имеет встроенный УКВ модем, который  имеет возможность работы в TCP/IP сети образованной мобильным навигационным  центром (МНМ-1М) цифровой информационно-навигационной  системы тактического звена управления (индекс "ГАЛС-Н1"). По сути, это  открывает новые возможности  для БТВТ, такие как повышение  скорости информационного обмена до 345 кбит/с с возможностью приемопередачи видеоданных, голоса и данных. Применение высокоскоросных УКВ модемов в ГАЛС-Д2М обеспечит возможность работы БТВТ в едином информационном поле разведки, в том числе и получение видеоданных от беспилотных летательных аппаратов.

Использование в системе  доплеровского датчика скорости (ДДС) и радарного датчика дистанции (опционально) позволяет механику-водителю поддерживать равномерную скорость при совершении марша в колонне  БТВТ, повышает безопасность движения как в колонне, так и при самостоятельном маневрировании БТВТ, повышает боевые возможности машины.

При использовании инерциально-навигационных систем ГАЛС-Д2М и средств связи с ППРЧ в линейных БТВТ, командиры подразделений и частей Сухопутных войск и ВДВ Вооруженных Сил России, при активном применении противником средств радиоэлектронного подавления, будут сохранять возможность непрерывного и устойчивого управления БТВТ, что обеспечит выполнение боевой задачи БМП, БМД и танков в бою.

Заключение

Анализ программ агентства  по перспективным оборонным научно-исследовательским  разработкам США (DARPA - Defense Advanced Research Projects Agency), показал повышенный интерес агентства к инновационным разработкам в области спутниковых инерциально-навигационных систем для вооружения и военной техники США (Program: All Source Positioning and Navigation (ASPN), Solicitation Number: DARPA-BAA-11-14).

Изделие "ГАЛС-Д2М-Т" НПО  ПРОГРЕСС решает не только инновационные  задачи, обозначенные в программе ASPN агентства DARPA в области бесшовных  навигационных решений для военных  пользователей, но и реализует инновационный  подход к архитектуре единого  информационно-навигационного пространства для вооружения и военной техники  Вооруженных Сил Российской Федерации.

Бортовой вычислительно-навигационный  комплекс "ГАЛС-Д2М" имеет высокую  надежность и тактико-технические  характеристики не уступающих мировым  аналогам в области спутниковых  инерциально-навигационных систем для БТВТ, перспективен для дальнейшего наращивания функциональных возможностей. Заложенные в изделии "ГАЛС-Д2М" технические решения и программное обеспечение позволяют в перспективе развивать и расширить вычислительные и функциональные возможности системы для навигации и ориентации на марше БТВТ, повышения точности позиционирования и стабилизации систем вооружения в бою. Изделие "ГАЛС-Д2М" имеет сокращенный срок производства (до 7 месяцев) и конкурентную цену за изделие, что позволяет успешно провести модернизацию старой и оснащение новой бронетанковой техники.