Проект “Создание унифицированной интегрированной системы радиоэлектронного вооружения для необитаемых подводных аппаратов”

Инновационные проекты, получившие положительное заключение  экспертизы, организованной ГУНИД Минобороны.    

 

 

 

 

Проект 7 

Создание унифицированной интегрированной системы радиоэлектронного вооружения для автономных необитаемых подводных аппаратов различных классов 

Из описания проекта:   

Радиоэлектронное вооружение (далее − РЭВ) автономных необитаемых подводных аппаратов (далее − АНПА) − это совокупность электронных модулей, приборов и систем, предназначенных для решения АНПА поставленных перед ним целей. К РЭВ относятся средства навигации, связи (как радио-, так и гидроакустической), гидролокации (радиолокации), управления движением и техническими средствами, вычислительные и интерфейсные приборы и т.п.

Укрупненно АНПА состоит из корпуса, цистерн замещения, РЭВ, аккумуляторной батареи, двигателя, движителя и исполнительных органов (рули, захваты и т.п.), модуля полезной нагрузки.

При создании новых АНПА ЦКБ-проектантам и разработчикам РЭВ необходимо обеспечить максимальную эффективность РЭВ, т.е. обеспечить наивысшую надёжность и отказоустойчивость при минимальном энергопотреблении и низкой стоимости. Достичь максимальной эффективности РЭВ можно счёт оптимизации электронной компонентной базы (далее − ЭКБ). Она должна быть нацелена на исключение дублирующих функций различных элементов РЭВ, например, вычислительные задачи и вторичное электропитание следует реализовывать общими для всей номенклатуры средств РЭВ АНПА.

Иностранные разработчики АНПА гражданского назначения, судя по анализу доступных публикаций и наиболее авторитетному ежегодному журналу IHS Jane’s Unmanned Maritime Vehicles, создают РЭВ в виде набора разнородных средств, причём забортное оборудование выполняется в виде функционально законченных устройств, содержащих электронику обработки информации, вычислений, интерфейса и вторичного электропитания. Такой подход обусловлен широкой номенклатурой и относительно  низкой стоимостью радиоэлектронных средств (эхолоты, инерциальные системы, магнитные компасы, профилографы и т.п.), имеющихся на рынке. При затекании забортного прибора выходит из строя вся электроника, находящаяся внутри, прибор, как правило, восстановлению не подлежит.

Сведений о структуре построения РЭВ иностранных АНПА военного назначения не имеется. 

Цели проекта:   

  • создание высоконадёжного РЭВ АНПА в виде единой масштабируемой унифицированной интегрированной системы для АНПА массой свыше 500 кг; 
  • стандартизация технических решений РЭВ АНПА; 
  • обеспечение масштабируемости РЭВ АНПА в зависимости от выполняемых задач; 
  • реализация гибкости программного обеспечения (ПО) РЭВ АНПА; 
  • сокращение энергопотребления, стоимости и массогабаритных характеристик, времени разработки и изготовления РЭВ АНПА; 
  • унификация РЭВ АНПА и ЗИП; 
  • оптимизация информационного обмена между абонентами РЭВ АНПА. 

 

Задачи, предлагаемые к решению в рамках проекта:

  • разработка принципа масштабируемости РЭВ АНПА; 
  • выбор единого высокоскоростного интерфейса информационного обмена; 
  • разработка и апробация руководящих указаний по проектированию РЭВ АНПА, обеспечивающих жёсткую унификацию технических решений, принимаемых при проектировании УИСУ; 
  • создание линейки базового комплекта оборудования РЭВ АНПА; 
  • разработка алгоритмов управления движением и техническими средствами, обработки информации и диагностики РЭВ АНПА; 
  • разработка ПО РЭВ, обладающего свойствами адаптации к конкретному проекту АНПА; 
  • разработка конструкторской документации (КД) и эксплуатационной документации, включая комплекты аппаратуры для проведения испытаний; 
  • проведение конструкторских и предварительных испытаний, присвоение КД литеры «О»; 
  • проведение межведомственных испытаний, присвоение КД литеры «О1». 

 

Сущность и содержание предлагаемого решения: 

Предлагается построение РЭВ АНПА в виде унифицированной интегрированной системы управления (УИСУ), реализующей навигацию, гидроакустику, звукоподводную связь и радиосвязь и обеспечивающей максимальную эффективность. В силу того, что унификация РЭВ АНПА выполняется на базе формфактора «Евромеханика-6U», широко распространённого в настоящее время, использование результатов настоящего проекта представляется целесообразным на АНПА массой свыше 500 кг.

Проект-7_Пример функциональной структуры РЭВ АНПА на базе резервированной сети Ethernet

Рис 1. Пример функциональной структуры РЭВ АНПА на базе резервированной сети Ethernet 

Важно отметить, что при построении РЭВ в виде УИСУ с общими для всех средств (эхолот, бесплатформенная навигационная система (БИНС), гидроакустическая навигационная система (ГАНС) и т.д.) вычислительными ресурсами и вторичным электропитанием структурно невозможно выделить элементарные средства РЭВ, т.к. они используют общие ресурсы УИСУ. 

РЭВ АНПА, построенное в виде УИСУ на базе резервированной сети Ethernet, обладает рядом преимуществ: 

  1. простота построения сети и задания расписания обмена, большое число реализованных протоколов обмена; 
  2. масштабируемость – возможность гибкой конфигурации аппаратного состава АНПА в зависимости от решаемых задач; 
  3. отказоустойчивость – наличие резервированного канала Ethernet; 
  4. гибкость и адаптивность программного обеспечения (ПО) – простота отладки ПО, внесение корректур в ходе эксплуатации, в том числе удаленная отладка. 

Всё оборудование РЭВ АНПА размещается внутри прочного корпуса и за его пределами (забортное оборудование). На рис. 2 приведен пример размещения РЭВ на АНПА.

Оборудование, размещаемое внутри прочного корпуса, кроме специальных систем (БИНС, магнитный компас, курсоуказатель и т.п.) следует максимально унифицировать за счёт использования апробированных технических решений: 

  • использование конструктива «Евромехания-6U» для приборов и модулей, размещаемых внутри прочного корпуса АНПА; 
  • реализация стандартов VITA46, VITA30, PICMG2x, Ethernet 10/100/1000. 

Проект 7_Пример размещения РЭВ на АНПА

Рис 2. Пример размещения РЭВ на АНПА 

 

Унификация конструктивов позволяет: 

  1. создавать приборы с отсутствием объемного монтажа за счёт коммуникации встраиваемых модулей через объединительную кроссплату (см. рис. 3); 
  2. сокращать время проектирования АНПА в целом и унифицированных приборов за счёт возможности параллельной разработки модулей и проведения тепловых и иных расчетов; 
  3. обеспечить единство механических деталей (корпуса, клиновые замки, теплостоки и т.п.) и технологической оснастки.  

 

Проект-7_Конфигурация унифицированного прибора для УИСУ

Рис 3. Конфигурация унифицированного прибора для УИСУ 

 

Оборудование, размещаемое за пределами прочного корпуса, следует разрабатывать с минимально требуемым составом электроники. Излучающие антенны не должны иметь в своём составе электронных модулей. Приёмные и приёмо-передающие забортные приборы должны иметь в своём составе только электронные модули, обеспечивающие усиление, фильтрацию, оцифровку и приёмо-передачу сигнала. Размещение в забортных приборах средств вычислительной техники и обработки сигналов нецелесообразно в силу значительного увеличения объёма ЭКБ и, как следствие, снижения надёжности забортного прибора. Такой подход позволит снизить насыщенность электроникой и  стоимость забортных приборов.

Первичную обработку сигнала, поступающего от забортного прибора, следует осуществлять в функциональном модуле унифицированного прибора. Вторичную обработку сигнала целесообразно реализовывать на общих вычислительных ресурсах УИСУ. Таким образом, каждый датчик РЭВ может быть представлен в виде унифицированного канала (рис.4). 

Проект-7_Пример реализации унифицированных каналов УИСУ

Рис 4. Пример реализации унифицированных каналов УИСУ 

 

Реализация унифицированных каналов УИСУ позволяет обеспечить систему важным качеством при обслуживании АНПА в базе – возможность однозначной идентификации отказа с точностью до функционального модуля, являющегося типовым элементом замены (ТЭЗ).

Концепция построения РЭВ АНПА в виде УИСУ позволит создавать широкую номенклатуру разнообразных функциональных модулей, которые в ряде случаев могут быть использованы в различных средствах РЭВ. 

 

Ожидаемые результаты: 

Реализация настоящего проекта позволит создать и апробировать на практике масштабируемую унифицированную интегрированную систему управления средних, больших и тяжёлых АНПА. Одна из главных задач, решаемых в ходе выполнения предлагаемой работы, заключается в создании и руководящих указаний по проектированию РЭВ АНПА и стандартизации подхода к их проектированию, что позволит существенно сократить  длительность проектирования РЭВ для новых видов АНПА. Серийное изготовление функциональных модулей, ряд из которых являются многофункциональными, позволит снизить их стоимость, а также унифицировать ЗИП.

Минимизировать объём и номенклатуру ЭКБ в РЭВ АНПА можно только путём создания интегрированной системы, использующей общие ресурсы для всех составных функциональных частей. По опыту разработчика проекта, при построении РЭВ в виде УИСУ за счёт использования общих ресурсов будет минимизировано на 30% количество ЭКБ, сокращено энергопотребление на 10%, снижена стоимость оборудования на 10-15%.

В УИСУ задачи управления движением и техническими средствами АНПА, планирования и выполнение миссии, диагностики и контроля являются чисто алгоритмическими, реализуемыми в виде программного обеспечения, не требующими отдельной аппаратуры. 

По сравнению с имеющимися в России и за рубежом техническими решениями предлагаемая технология обладает рядом преимуществ: 

  • единый резервированный интерфейс взаимодействия модулей и приборов на базе сети Ethernet; 
  • стандартизованное решение, обеспечивающее аппаратно-программную унификацию; 
  • сокращение габаритов и энергопотребления РЭВ АНПА за счет использования единого вычислительного модуля и единой системы электропитания; 
  • обеспечение высокой эффективности РЭВ АНПА за счет сквозной оптимизации алгоритмов функционирования всех составных частей УИСУ; 
  • сокращение времени на разработку УИСУ, за счет чего достигается минимизация стоимости разработки и изготовления УИСУ. 

 

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРТИЗЫ: 

Экспертиза проводилась экспертами следующих организаций: 

Новосибирский государственный технический университет, Южно-Уральский государственный университет, Иркутский национальный технический университет, ГУНИД МО РФ. 

Вывод экспертизы: 

Открытие ОКР по разработке унифицированной интегрированной системы радиоэлектронного вооружения для автономных необитаемых подводных аппаратов различных классов целесообразно. 

Недостатки, рекомендации и замечания экспертов: 

Проект актуален, однако даже в авиации, где внедрение предлагаемых принципов началось 30 лет назад, унификация радиоэлектронного оборудования реализована лишь частично.

Имеются следующие риски, связанные с выполнением ОКР и реализацией её результатов: 

  • научные − решение задачи синтеза сложной технической системы;
  • технические − требуется наличие (или разработка) отечественной цифровой элементной базы с высокими характеристиками;
  • организационные − готовность разработчиков модернизировать производимое ими оборудование в целях обеспечения унификации выходных данных. 

Проведение ОКР представляется целесообразным при условии представления заявителем убедительной и полноценной информации об имеющемся НТЗ по программным и аппаратным средствам (материалы проекта «Сарма-Д», финансируемого ФПИ), срокам и стоимости ОКР. 


19.12.2017г. 
Источник: ГУНИД Минобороны РФ 

Справка 

Проработка проектов для достижения целей экспертизы проводилась несколькими методами, а именно эвристическим (заключения экспертов, организаций и заинтересованных органов военного управления), измерительным и регистрационным (проведение апробации или оценочных испытаний). 

Более 340 перспективных инновационных разработок и технологий предварительно были отобраны специалистами органов военного управления, научно-исследовательских организаций и военно-учебных заведений Минобороны России в период проведения форума "АРМИЯ-2017". 

Посмотреть проекты можно в блоге ГУНИД Минобороны на нашем сайте. 

Комментариев еще нет.

Оставить комментарий

Вы должны войти Авторизованы чтобы оставить комментарий.

Партнеры