Концепция автоматизированной системы управления боевыми действиями
Исторический обзор
В течение последних 30 лет в СССР, США и России были созданы несколько автоматизированных систем управления боевыми действиями Сухопутных сил (АСУВ) - «Маневр», GCCS-А, ATCCS, FBCB2, ЕСУ ТЗ и «Андромеда-Д». Они имели различный объем реализации функций управления войсками, но совпадали в общем подходе к автоматизации.
Указанные системы создавались по образу и подобию организационно-управленческой структуры Сухопутных сил. Будучи с технической точки зрения программно-аппаратными комплексами, автоматизированные системы умножали недостатки организационно-управленческой структуры:
- отсутствие горизонтальных связей между подразделениями различных родов войск;
- уязвимость всей системы при выходе из строя верхнего уровня;
- пониженная скорость прохождения информации между подразделениями одного уровня, вынужденными общаться между собой через верхний уровень.
Разработка систем также велась в иерархической последовательности – сначала реализовывался функциональный состав верхнего уровня, затем среднего и только потом нижнего, причем приоритет полноты реализации функций определялся в той же последовательности. В результате АСУВ строились по однотипной центро-ориентированной схеме:
- центр автоматизированного управления верхнего уровня;
- центры автоматизированного управления среднего уровня;
- центры автоматизированного управления нижнего уровня.
Как видно из схемы, в состав АСУВ не включались системы управления огнем (СУО) танков, боевых машин пехоты, самоходных артиллерийских установок, комплексов ПВО/ПРО.
Разработка АСУВ велась при отставании развития основы управления войсками – связи. Создание множества разноуровневых центров автоматизированного управления имело следствием интенсивный информационный обмен между ними, что существенно увеличило потребность в пропускной способности каналов связи. Ситуация усугублялась мобильным характером центров нижнего уровня, требующим принципиально нового решения в области радиосвязи.
Изначально было понятно, что информационный обмен будет состоять не только и не столько из голосовой связи, но будет включать передачу данных, а также графических изображений и потокового видео. Форматы цифровой, текстовой, графической и видео информации должны быть совместимы с бортовыми системами управления многочисленных типов вооружений и средств инструментальной разведки. При этом способ информационного обмена в боевой обстановке должен выдерживать выход из строя части транзитных узлов и каналов связи. Эти обстоятельства накладывали жесткие требования к унификации правил информационного обмена, которые не были до конца реализованы ни в одной из АСУВ.
Это было обусловлено неправильным целеполаганием на стадии разработки концепций, постановки задач и определения приоритетов создания систем. Поскольку центры автоматизированного управления должны были располагаться на уровне штабов воинских соединений, частей и подразделений, цели и задачи выбирались, исходя преимущественно из штабных требований к функциям АСУВ:
- ситуационная осведомленность об оперативно-тактической обстановке;
- комплексное планирование боевых операций;
- моделирование боевых операций перед их началом.
Ускорение процесса принятия решений на штабном уровне оказывало слишком малое влияние на уменьшение времени реакции на меняющуюся оперативно-тактическую обстановку всего воинского соединения, части или подразделения.
Выбор цели АСУВ
Целью создания автоматизированной системы должно стать уменьшение периода времени между моментом обнаружения противника и моментом его уничтожения.
АСУВ должна стать инструментом координации действий всех участников боевых действий. Источником информации должны стать разведывательные комплексы, приемником информации – специализированные АСУ комплексов ПВО/ПРО и СУО боевых машин/пехотинцев.
Взаимодействие участников боевых действий должно проходить на двухсторонней основе «передовое подразделение – подразделение огневой поддержки» в режиме реального времени (к передовым относятся в том числе разведывательные подразделения). Основным видом взаимодействия служит передача по каналу связи координат и типа цели и ответное огневое воздействие по цели.
Ответственность за распределение целей по их приоритетности несет командир передового подразделения, ответственность за выбор вида и количества боеприпасов для их поражения – командир подразделения сил поддержки. Исключение из этого правила – использование в качестве огневой поддержки штатных сил передового подразделения, находящихся в стороне от боевых порядков, или беспилотной/безэкипажной боевой машины, оператором вооружения которой фактически является командир передового подразделения.
В связи с этим АСУВ должна строиться по терминало-ориентированной схеме:
- полная функциональность АСУВ должна быть реализована на уровне терминалов пехотинцев и СУО боевых машин;
- вышерасположенные центры автоматизированного управления должны использовать возможности терминалов пехотинцев и СУО боевых машин (центры уровня отделения) или нижерасположенных центров (центры уровня взвода, роты, батальона и т.д).
Структура АСУВ приобретает вид набора локальных центров с совпадающей функциональностью, но ограниченной компетенцией. При этом в информационном смысле центры АСУВ являются равноправными участником боевых действий наряду с терминалами пехотинцев и СУО боевых машин. Исключение из этого правила возникает только на этапе планирования боевых действий, когда все нижестоящие центры действуют под управлением вышестоящих центров.
Постановка задач АСУВ
Связь
Несмотря на то, что система связи не должна входить в состав АСУВ, проект разработки последней должен быть скоординированным с разработкой новой системы связи с большой пропускной способностью и высокой отказоустойчивостью.
В военной сфере основным способом передачи информации служит радиосвязь КВ и УКВ диапазона. Повышение пропускной способности радиосвязи достигается переходом на более высокие частоты, чем те, которые уже применяются. Дециметровый диапазон радиоволн используется для сотовой телефонной связи. Поэтому для АСУВ потребуется использовать диапазон сантиметровых радиоволн с частотой от 3 до 30 гГц (СВЧ-связь). Радиоволны этого диапазона распространяется в пределах прямой видимости, но отличаются сильным затуханием при прохождении через вертикальные препятствия типа стен зданий и стволов деревьев. Для их обхода ретрансляторы СВЧ-связи необходимо размещать в воздухе на борту БПЛА. С целью минимизации затемненных зон максимальный угол наклона излучения к поверхности земли не должен превышать 45 градусов.
Для поддержания постоянного радиоконтакта в сети СВЧ-связи требуется отказаться от существующей транковой схемы «одна базовая станция – множество абонентских радиопередатчиков» и перейти к зональной схеме «множество узловых станций – множество абонентских радиопередатчиков». Узловые станции – ретрансляторы должны быть размещены в вершинах топологической сети с треугольными ячейками (сотами). Каждая узловая станция должна обеспечивать выполнение следующих функций:
- коммутация каналов по запросу абонентов;
- ретрансляция сигналов между абонентскими радиопередатчиками;
- ретрансляция сигналов между зонами сети;
- ретрансляция сигналов от/на стационарные абонентские радиопередатчики, служащие шлюзами проводной системы связи;
- ретрансляция сигналов из/в спутниковую систему связи.
В зависимости от класса БПЛА высота размещения узловых станций над поверхностью земли составит от 6 до 12 км. При максимальном угле наклона излучения радиус связевого обслуживания будет находиться в том же интервале значений. С целью взаимного перекрытия зон обслуживания расстояние между узловыми станциями должно быть сокращено вдвое, при этом каждая станция оснащается шестью излучателями (по числу зон, сходящихся в одной вершине топологической сети), работающих в разных полосах частот одного диапазона. Таким образом достигается высокая отказоустойчивость сети путем семикратного резервирования узловых станций.
Дополнительную степень отказоустойчивости СВЧ-связи обеспечивают путем дислокации БПЛА-ретрансляторов только над своей территорией, прикрытием узлов сети с помощью наземных комплексов ПВО/ПРО малой дальности и использованием прямой спутниковой связи того же частотного диапазона при ведении боевых действий в тылу противника. Воздушное базирование узловых станций не отменяет применение наземных СВЧ-ретрансляторов ближнего радиуса действия, предназначенных для использования при ведении боевых действий внутри помещений с радионепроницаемыми перекрытиями.
Помехоустойчивость обеспечивается путем использования технологии кодирования каналов связи в широкополосной полосе пропускания в соответствии со стандартом CDMA, который отличается шумоподобным спектром сигнала, поддержкой выделенных каналов передачи данных/голоса или объединения нескольких каналов для передачи потокового видео. Отраженные от естественных препятствий сигналы суммируются с основным сигналом с помощью многоканальных антенн БПЛА-ретранслятора, что повышает помехозащищенность системы. Связь с каждым абонентом поддерживается не менее чем двумя лучами, позволяя осуществлять переход абонента между различными узлами и зонами сети без потери связи. Применение узконаправленного излучения позволяет с высокой точностью определять местоположение абонентов сети.
Протоколы и форматы передачи информации
В системе СВЧ-связи предлагается использовать сетевой протокол IP. Этот протокол обеспечивает гарантированную доставку информационных сообщений, состоящих из отдельных пакетов, по любому из возможных маршрутов, проходящих через узлы сети и соединяющих двух и более абонентов. Связь прерывается только в случае выхода из строя всех узлов сети. Информация передается в цифровом виде.
В качестве коммутаторов в узлах СВЧ-связи необходимо использовать маршрутизаторы, контролирующие состав сети с помощью протокола динамической маршрутизации OSPF. Протокол поддерживает автоматическое реконфигурирование зон, узлов и каналов в случае выхода из строя части маршрутизаторов.
С целью обеспечения совместной передачи данных, голоса и потокового видео предлагается использовать технологию MPLS, основанную на присвоении унифицированных меток пакетам информации вне зависимости от специализированного протокола, поддерживающего передачу информации определенного типа. Метки адресуют информацию по сквозному каналу и позволяют устанавливать приоритетность передачи различных сообщений.
Специализированные протоколы являются стандартными решениями, апробированными в сети Интернет:
- протокол передачи данных TCP;
- протокол передачи голоса VoIP;
- протокол передачи потокового видео RTP.
В качестве протокола передачи данных на прикладном уровне предлагается использовать HTTP с расширением MIME. Форматы представления информации включают HTML (текст), JPEG (фотоснимки), MID/MIF (картографические данные), MP3 (звук) и MPEG (видео).
Функциональный состав АСУВ
Кроме основных функций - обеспечения ситуационной осведомленности об оперативно-тактической обстановке, комплексного планирования боевых операций и их моделирования – АСУВ должна обеспечивать дополнительные функции:
- контроль взаимодействия передовых подразделений с подразделениями огневой поддержки путем наблюдения за содержанием информационного обмена между ними;
- корректировка указанного взаимодействия с помощью перераспределения подразделений огневой поддержки;
- управление разведывательными подразделениями, не приданными передовым подразделениям;
- управление подразделениями огневой поддержки, не приданными передовым подразделениям;
- взаимодействие с силами огневой поддержки, входящими в состав вышестоящего воинского подразделения, части или соединения путем передачи координат и видов целей.
Ситуационная осведомленность должна обеспечиваться за счет обобщения информации, поступающей пехотинцев передовых подразделений, подразделений огневой поддержки и разведывательных подразделений, а также от АСУВ верхнего уровня. Обобщенные данные об оперативно-тактической обстановке автоматически распространяются в АСУВ нижестоящего и вышестоящего уровня. Данные, принятые от АСУВ верхнего уровня, распространяются на нижнем уровне с меньшей степенью детализации.
Планирование боевых действий осуществляется в процессе итерационного обмена проектами планов, подготовленными в АСУВ нижнего, среднего и верхнего уровня с принятием окончательного решения на среднем уровне.
Моделирование боевых действий на основе данных об оперативно-тактической обстановке должно производиться на постоянной основе в режиме реального времени с выдачей по запросу проектов кратко-, средне- и долгосрочных планов для принятия решения командованием подразделения, части или соединения.
Структура АСУВ
Структура АСУВ образована терминалами пехотинцев, СУО боевых машин и автоматизированными центрами. Каждому уровню управления Сухопутными силами соответствуют собственные центры автоматизированного управления. Уровни управления со штабной организацией имеют основной и запасной/запасные центры. Только один из этих центров осуществляет автоматизированное управление, при этом другие служат центрами репликации информации.
Резервирование центров автоматизированного управления производится по следующей схеме:
- при выбытии из строя основного центра его обязанности исполняет один из запасных центров;
- при выбытии из строя последнего запасного центра верхнего уровня его обязанности исполняет первый центр нижнего уровня (вплоть до терминала пехотинца);
- при выбытии из строя первого центра нижнего уровня обязанности центра верхнего уровнтя исполняет второй центр нижнего уровня и т.д.
Терминалы пехотинцев и центры автоматизированного управления уровня подразделений оснащаются носимой аппаратурой, центры уровня частей – переносной аппаратурой, СУО боевых машин и центры уровня соединений – возимой аппаратурой. Носимая аппаратура выполнена в виде единого модуля, соединенного с внешней антенной. Переносная аппаратура состоит из нескольких модулей, габариты которых обеспечивают развертывание центра на борту боевой машины. Возимая аппаратура состоит из нескольких модулей, смонтированных в металлическом контейнере с встроенной системой воздушного охлаждения.
Терминалы АСУВ и СУО боевых машин
Терминал пехотинца предназначен для индивидуального оснащения рядовых, сержантов, офицеров и генералов Сухопутных сил. Терминал выполняет функции абонентского приемопередатчика СВЧ-связи, вычислительного и навигационного устройства, а также СУО носимого оружия.
Терминал выполнен в виде карманного коммуникатора с герметичным металлическим корпусом, внутри которого расположены процессор, оперативная память, постоянное запоминающее устройство, аккумулятор, радиомодем, порты подключения внешней антенны и устройства отображения информации, вход проводной линии связи и разъем электропитания. Кроме этого, коммуникатор содержит приемник глобальной спутниковой системы позиционирования и блок автономной инерциальной системы позиционирования.
Коммуникатор оснащен внешней антенной в одном из двух вариантов:
- всенаправленная штыревая антенна;
- узконаправленная фазированная антенная решетка (ФАР), формирующая следящий радиолуч в направлении зональной станции СВЧ-связи или орбиты спутниковой системы связи.
Штыревая антенна устанавливается непосредственно в разъем порта коммуникатора и предназначена для беспроводной связи внутри экранированного помещения. В комплекте со штыревой антенной и бортовым СВЧ-ретранслятором небольшой мощности коммуникатор обеспечивает распределенную работу командиров подразделений и операторов штабов, расположенных на мобильных командных пунктах, на борту командно-штабных машин, вертолетов и самолетов.
ФАР выполнена в виде купольной оболочки, образованной гибкой печатной платой, на лицевой стороне которой располагаются излучающие элементы, на обратной стороне – экранирующее металлическое покрытие. Купольная оболочка вкладывается внутрь полимерного шлема пехотинца и соединяется с коммуникатором с помощью коаксильного кабеля. ФАР предназначена для мобильной радиосвязи с центрами автоматизированного управления, другими коммуникаторами и СУО боевых машин.
Следящий луч ФАР позволяет на порядок снизить мощность излучения антенны, исключить радиозаметность передатчиков и обеспечить для СВЧ-ретрансляторов возможность пространственной селекции радиолучей и источников помех, создаваемых противником с помощью средств РЭБ.
Устройство отображения информации состоит из проекционных очков, ушных динамиков/микрофонов, передающих звук через костную ткань черепа, и оптоволоконного кабеля, связывающего порт коммуникатора с проекционными очками. В порту размещены излучающие и приемные оптические матрицы, а также оптоэлектронные модуляторы. Проекционные очки состоят из оправы, защитных линз, призматических проекторов, внешних и внутренних объективов. Ушные динамики/микрофоны содержат оптоакустические вибраторы. Изображение передается в трех диапазонах оптического спектра – видимом от матриц к проекторам, инфракрасном от матриц к внутренним объективам и обратно, а также тепловом от внешних объективов к матрицам. Звук передается в виде модулированного оптического излучения между модуляторами и вибраторами.
Тепловое изображение местности, принятое внешними объективами и обработанное процессором, преобразуется в видимое и проецируется на внутренней поверхности защитных линз, в том числе с увеличением. Одновременно тепловое изображение совмещается с цифровой топографической картой, хранимой в постоянном запоминающем устройстве, для определения координат и расстояния до целей. На поверхности защитных линз проецируются тактические знаки, прицельная сетка, виртуальные кнопки, курсор и т.д. Инфракрасное излучение, отраженное от зрачков глаз, служит для позиционирования курсора в поле зрения очков. Управление коммуникатором производится с помощью голосовых команд и жестов рук.
Коммуникатор служит в качестве СУО носимого оружия – штурмовых и снайперских винтовок, пулеметов, реактивных и автоматических гранатометов. Наведение оружия на цель осуществляется с помощью совмещения линии визирования прицельных приспособлений с виртуальной проекцией этой линии, рассчитанной процессором с учетом координат, дальности и скорости движения цели.
СУО боевой машины состоит из бортовых приборов наблюдения, связевой, вычислительной и навигационной аппаратуры и ФАР. Члены экипажа подключаются к СУО по внутренней проводной линии связи через унифицированные коммуникаторы. В качестве устройств отображения информации используются нашлемные проекционные забрала в сочетании с ушными динамиками/микрофонами. За пределами боевой машины поддерживается беспроводная СВЧ-связь с помощью купольных ФАР, встроенных в шлемы членов экипажа.
Аппаратно-программное обеспечение АСУВ
Информационная безопасность
Защита информации в каналах связи должна обеспечиваться с помощью симметричного шифрования с использованием закрытых ключей, которые регулярно заменяются на новые с помощью ассиметричного шифрования с использованием открытых ключей.
Процессоры вычислительной техники должны иметь уникальные идентификационные номера, учитываемые при шифровании информации в каналах связи и позволяющие заблокировать исходящие сообщения в случае попадания оборудования в руки противника. Блокирование исходящих сообщений не исключает анализ их содержания службой радиотехнической разведки.
Коммуникаторы должны поддерживать режим мониторинга за своим местоположением (путем пеленгования излучения) и физическим состоянием носителей коммуникаторов (путем контроля дыхания с помощью вибрационных микрофонов). В случае попадания коммуникатора на территорию противника или потери сознания носителем коммуникатора исходящие сообщения также блокируются.
Аппаратное обеспечение
Аппаратное обеспечение вычислительной техники должно производиться на отечественной элементной базе с использованием сертифицированных импортных комплектующих.
С целью минимизации энергопотребления и тепловыделения аппаратного обеспечения в нём должны использоваться многоядерные процессоры и твердотельные устройства постоянного хранения информации.
Для защиты от воздействия электромагнитных импульсов высокой мощности электронную аппаратуру и внешние источники электропитания помещают в герметичные металлические корпуса с кондуктивным охлаждением. В антенных входах монтируют предохранители в виде лавинно-пролетных диодов. Радиочастотные кабели и кабели электропитания экранируют металлической оплеткой. Проводные линии связи выполняют из оптического волокна.
Программное обеспечение
Программное обеспечение вычислительной техники должно разрабатываться в соответствии с протоколами передачи данных и форматами представления информации, отвечающими международным стандартам.
Системное программное обеспечение, включающее встроенную систему ввода-вывода, операционную систему, файловую систему и систему управления базами данных, должно состоять только из отечественных программных продуктов в целях недопущения несанкционированного доступа к информации, перехвата управления и вывода из строя вычислительной техники и вооружения.
Прикладное программное обеспечение может содержать как отечественные так и импортные компоненты при условии поставок последних с открытым исходным кодом и описанием блок-схем используемых алгоритмов.
Информация