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.

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. 

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.  

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). 

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.