Главная страница | Античность | Средние века | Новое время | Двадцатый век | Техника | Самолеты | Корабли | Вооруженные силы | США | Технологии и наука Топогеодезическое и навигационное обеспечение вооруженных сил США на национальном и глобальном уровне

 

Топогеодезическое и навигационное обеспечение вооруженных сил США на национальном и глобальном уровне

 

Начало здесь.

ОБЕСПЕЧЕНИЕ НА ГЛОБАЛЬНОМ УРОВНЕ. Все виды картографо-геодезической и навигационной продукции, которые картографическое управление министерства обороны (КУМО) готовило в интересах обеспече-ния вооруженных сил США на глобальном уровне, создавались в единой геоцентрической системе координат WGS84. Приступив в начале 80-х годов к разработке WGS84 в качестве геодезического обеспечения комплексной радионавигационной системы NAVSTAR, специалисты постоянно работали над повышением ее точности. При создании применяемой сейчас системы учитывались преимущественно доплеровские измерения навигационной системы «Транзит», выполненные примерно на 1,5 тыс. пунктов, глобальное размещение которых по всему земному шару позволило КУМО перевычислить в 1995 году 115 локальных и региональных систем координат, покрывающих все семь континентов и многие острова основных районов Мирового океана. Разработанный пакет программ «Преобразование картографических данных» обеспечивает перевычисление с необходимой точностью координат, заданных в местных системах, в координаты универсальной поперечно-цилиндрической проекции Меркатора (UTM) или военной опорной системы (MGRS), и наоборот.

Совместно с НАСА КУМО вело работы по уточнению глобальной модели гравитационного поля Земли (ГПЗ). Произведенные оценки последней модели ГПЗ - EGM96, при выводе которой впервые использовались некоторые гравиметрические данные по СССР, Китаю, Африке и Южной Америке, а также материалы наблюдений более 30 ИСЗ, оснащенных высотомерами (TOPEX/ POSCIDON, GEOSAT и другие), и данные GPS-определений в океане показали, что она обеспечивает вычисление высот геоида со среднеквадратической ошибкой 18 см в целом по Земле, 28 см - на суше, 26 см - на территории США и 12 см - на акватории Мирового океана. При этом ошибки при оп-ределении составляющих уклонения отвесной линии в основных районах океана колеблются в пределах 0,5 - 1.

После выполнения других космических программ предполагается повысить не менее чем в два раза точность определения высоты геоида и составляющих уклонения отвесной линии (УОЛ) в Мировом океане.

Во время «холодной войны» усилия американских разведслужб и КУМО были направлены на картографирование преимущественно важных в стратегическом отношении регионов территории вероятного противника, создание каталогов координат его стратегических целей, а также других видов картографогеодезической, навигационной и гидрографической продукции, необходимой для обеспечения активных боевых действий. Главным противником считался СССР. Однако угроза с его стороны, по оценке министерства обороны США, была «локализованной и вялотекущей», что позволяло решать задачи картографирования (главным образом в цифровом виде) целенаправленно и в соответствии с планом по принципу «все и везде».

В тот период Соединенные Штаты приступили к активной разработке новых видов оружия, которые потребовали внесения кардинальных изменений в традиционную систему топогеодезического обеспечения вооруженных сил. К числу наиболее современных видов оружия относится в первую очередь высокоточное оружие (ВТО), в частности крылатые ракеты большой дальности действия воздушного и морского базирования. Наведение их на цель осуществляется с помощью корреляционно-экстремальных навигационных систем. Перед запуском ракеты в память бортовой ЭВМ вводятся полетное задание в виде цифровой матричной информации о рельефе и контурах в полосе местности вдоль планируемой трассы полета, цифровые данные (координаты и высоты) искусственных сооружений, координаты точек изменения высоты полета.

Для некоторых систем ВТО, помимо цифровой карты местности, для составления полетного задания требовалась информация об отражательных характеристиках естественных и искусственных элементов местности и их зависимости от погодных условий, времени года и суток, угла визирования на них и прочих факторов, выраженная математически. В обобщенном виде она представлялась в «Каталогах отражательных характеристик местности», которые КУМО издавало совместно с разработчиками систем наведения ракет на основе материалов многолетних самолетных и спутниковых радиолокационных съемок различных ландшафтных регионов земного шара.

Цифровые карты местности и цифровые данные таких каталогов позволяли создавать в комплексах подготовки полетного задания методом искусственного синтеза цифровые эталонные радиолокационные изображения местности на участки коррекции полета ракеты и района цели. При этом учитывались угол, под которым этот участок местности будет рассматриваться радиолокационным визиром при полете ракеты, погодные условия на момент визирования, высота Солнца и другие данные. Подобные каталоги выпускались и для других типов ракет, где установлены оптические и радиотепловые системы наведения.

Радиолокационные системы разведки и наведения на цель широко используются в разведывательно-ударных и огневых комплексах различных типов. Выявление целей и наведение на них средств поражения осуществляются в этих комплексах на основе компьютерного сравнения радиолокационного изображения контролируемого участка местности с его синтезированным изображением, создаваемым в центре управления комплексом по цифровым картам и каталогам применительно к конкретным условиям полета самолета разведки и наведения.

В интересах военно-морских сил США составлялись цифровые карты (матрицы) рельефа морского дна в районах патрулирования подводных лодок, которые предназначались для точного определения с помощью ГАС местоположения ПЛ в момент пуска ракеты, а также детальные цифровые гравиметрические морские карты и подготавливалась другая цифровая информация (о высоте прилива и нагона воды, скорости и направлении течения).

Кроме того, разрабатывались более современные технические средства и методы астрономо-геодезического и гравиметрического обеспечения полета баллистических ракет и действий артиллерии. В частности, большое внимание уделялось совершенствованию средств гироскопического ориентирования и инерциальных геодезических систем. В шахтных ракетных комплексах для контроля прицеливания широкое применение получили гироскопические приборы, прототипом которых стала автоматизированная система определения азимута AAMS, разработанная в геофизической лаборатории ВВС США.

На вооружение сухопутных войск и морской пехоты в начале 80-х годов была принята инерциальная система топопривязки AN/USQ фирмы «Литтон». К началу 90-х годов в армию поступило свыше 1 тыс. ее комплектов из 1200 заказанных (стоимость одного 370 тыс. долларов). Имея массу 40 кг, он может быть быстро смонтирован на любом транспортном или боевом средстве, обеспечивая автономную передачу координат и высот в радиусе 50 - 60 км от исходного пункта, при этом среднеквадратическая ошибка не превышает 10 м.

Космические картографические комплексы первого поколения не были оборудованы камерами для определения по фотографиям звездного неба элементов внешнего ориентирования снимков местности на моменты экспозиций, что затрудняло их использование для создания полноценных топографических карт и фотопланов. В состав оборудования последующих комплексов, например орбитальной съемочной системы (OCPS), прошедшей испытания в 1984 году, входили крупноформатная камера для съемки земной поверхности, две камеры для фотографирования звездного неба и две панорамные фотокамеры. Цифровая информация о местности с таких спутников передается на станции приема практически в реальном масштабе времени.

Решение проблемы цифрового картографирования вероятных ТВД потребовало разработки в КУМО цифровой производственной системы (DPS), которая в своем развитии прошла два этапа. На первом была создана система DPS «Марк-85», которая позволяла получать цифровую картографическую продукцию в полуавтоматическом режиме работы по имеющимся аналоговым картографическим материалам, а также по данным воздушного или космического фотографирования земной поверхности кадровой фотоаппаратурой.

Дальнейшее развитие военного цифрового картографического производства в США завершилось созданием системы DPS «Марк-90», которая начала действовать в 1992 году. В дополнение к возможностям DPS «Марк-85» она позволяла создавать геодезическую, картографическую, гидрографическую и навигационную продукцию по цифровым изображениям земной поверхности, получаемым национальными оптико-электронными средствами космической разведки. Эта система обеспечивает извлечение цифровых данных о контурах и высотах точек местности, определение в системе WGS84 координат точечных целей и других данных, которые необходимы для создания полноценной высококачественной цифровой и текстовой продукции или продукции на жесткой основе.

До середины 90-х годов система «Марк-90» являлась основой военного картографирования США. В ее состав входят несколько сот компьютеров (большие ЭВМ, персональные компьютеры и рабочие станции). DPS «Марк-90» включает три производственных и два обслуживающих сегмента, а также несколько мини-сегментов. Ее обслуживают ряд ведущих промышленных фирм, а КУМО является органом, координирующим их действия. Так, «Локхид - Мартин» отвечает за получение исходных данных и их сертификацию; подготовкой данных и необходимых материалов занимается фирма «E-Системз»; на DВА возложена ответственность за использование копий на жесткой основе и обеспечение географической привязки; извлечение данных о высотах и контурах и их согласование осуществляет фирма СDЕ, за выпуск готовой продукции отвечает «Интерграф», а сервисные услуги по ее распространению выполняет «Хагис».

На проектную мощность по своим операционным возможностям DPS «Марк-90» вышла в середине 1993 года. К началу 1996 года административные и управленческие органы КУМО размещались на территории Соединенных Штатов (в восьми пунктах), хранилища - там же (в четырех), средства дистанционной печати - в США и Германии (в 11), система управления и распределения продукции - по всему земному шару (в 15) и система по изготовлению гидрографической продукции NYSAS - на территории США (в четырех). В состав NYSAS входят: национальная океанографическая служба, национальная служба океанов, национальный центр геофизических данных.

По данным западной печати, к 1995 году КУМО обеспечивало цифровой продукцией базу данных для 16 тыс. военных потребителей и заказчиков. Ежегодно удовлетворялось около 85 тыс. запросов и распространялось примерно 30 млн документов, как отпечатанных на бумаге, так и в цифровой форме (на магнитных лентах, компакт-дисках либо на лазерных видеодисках). Кроме того, имеется коммуникационная сеть, которая связана с общей глобальной разведывательной системой связи (JWICS) и другими родственными системами министерства обороны, а также со служебной несекретной системой NIPRNET, совмещенной с общедоступной - INTERNET.

Основу цифровой продукции КУМО составляют различного масштаба и предназначения цифровые (векторные) карты, аэрокосмические и гидрографические данные, информация о геодезическом и гравиметрическом обеспечении, данные для определения координат целей и другие. В 1996 году разрабатывалось около 20 видов цифровых карт - от карты мира до детальных, эквивалентных по точности графическим документам на города и военные базы. Кроме того, выпускались карты TERCOM для обеспечения полета крылатых ракет, карты тактических данных о местности, высотах и контурах местности различного уровня точности и дискретности. Основным требованием к ним, помимо точности и полноты извлечения, является возможность моделирования «отклика» радиолокационного сигнала. Для обеспечения деятельности подводных лодок создавались точные карты рельефа океанского дна в районах боевого предназначения.

Ниже приводится краткое описание некоторых из этих цифровых карт и баз цифровых геопространственных данных, составляющих основу картографо-геодезической продукции КУМО последних лет.

Цифровая карта мира создается с 1992 года в масштабе 1 : 1 000 000. Векторная карта (VMAP) серийно изготовляется с 1994 года. По содержанию и точности разделена на четыре уровня (0, 1, 2, 3). Карты уровня 2 эквивалентны по содержанию и точности картам масштаба 1 : 50 000, а 3 - картам городов масштаба 1 : 25 000 и 1 : 12 500.

С 1996 года создаются цифровые базы тактических и промежуточных данных на районы возможных конфликтных ситуаций. В них собрана информация высокого разрешения в виде шести файлов: крутизна скатов, материал поверхности, растительный покров, гидрография, дорожная сеть и препятствия. Такие базы используются для оперативного анализа местности, создания различной синтезированной продукции (например, карт проходимости, маскировки в летнее и зимнее время и других).

Цифровые данные о высотах местности (DTED), которые формируются в виде матриц высот двух уровней с дискретностью 3 (100 м) и 1 (30 м), предназначены для использования в системах вооружений и военной техники, которым необходимо вводить информацию о высотах, крутизне скатов и других характеристиках рельефа местности.

Базы цифровых данных анализа контуров (DFAD) создаются на четырех уровнях. На первых двух каждый контур обозначается кодом и описывается микрокодированием по композициям, высоте, протяженности и ориентированию. Информация группируется в виде полигонов по участкам 101°. Базы данных применяются главным образом для моделирования отраженного радиолокационного сигнала, определения растительного покрова и изучения препятствий на местности, корреляции изображений, распознавания целей и коммуникаций. Базы создаются по картам масштабов 1 : 100 000 - 1 : 50 000. DFAD двух других уровней охватывают ограниченные районы, а по точности и содержанию соответствуют картам масштабов 1 : 25 000 и 1 : 12 500 и создаются главным образом на их основе. Эти базы используются для более качественного моделирования радиолокационного сигнала и предназначены для локаторов с синтезированной апертурой, инфракрасного диапазона и другой аппаратуры, а также для определения точки прицеливания и решения других задач при полетах на малых высотах.

Для сухопутных войск и морской пехоты США КУМО изготавливало цифровую картографическую продукцию (ZED), предназначенную для использования в системах «Файерфайндер», которые обеспечивают быстрое определение координат огневых позиций артиллерии и минометов по данным радиолокационного обзора местности. ZED представляет собой матрицу высот с дискретностью 125 м, создаваемую на основе баз DTED и DFAD на участки местности размером 100 0Q00 км2. При этом координаты в системе WGS84 узлов матриц, взятые из баз, преобразуются в систему UTM, а значения высот с учетом максимальной и минимальной высот точек участка предписываются им исходя из 256 градаций на участок. Эти данные записываются на магнитной ленте, а для использования в системе «Файерфайндер» переписываются в войсках на специальные носители информации (кассеты).

Для определения координат целей КУМО готовило специальные массивы (ZRE) цифровых данных с дескрипторами и информацией о контурах по следующим тематическим файлам: дорожная сеть, растительный покров, гидрография, материалы покрытия. Эти данные сгруппированы в трех отдельных уровнях, основой для которых служат стандартные данные баз DTED и DFAD. Массивы ZRE предназначены для использования с многозональными или электронно-оптическими изображениями, полученными с помощью средств космической или воздушной разведки, а также для выявления и определения координат целей.

Можно предположить, что, обладая мощной производственной базой на основе DPS и такими источниками поступления информации, как разведывательная служба министерства обороны, ЦРУ, НАСА, и другими, вплоть до отдельных специализированных коммерческих фирм, КУМО решило задачу обеспечения стратегических районов вероятного противника всеми видами цифровой топогеодезической продукции, необходимой для управления войсками на всех уровнях в ходе ведения боевых действий. Аналогичная продукция этого управления на районы учений, полигоны и другие объекты и территории позволила американским вооруженным силам успешно преодолеть за эти годы «цифровой рубикон», широко используя цифровые данные о местности и физических полях Земли при моделировании боевых действий, испытании новых и модернизации существующих систем В и ВТ.

По оценкам военного командования министерства обороны США, угроза для страны с окончанием «холоднои войны» стала «глобальной». Это объясняется быстроменяющейся международной обстановкой, распространением оружия, повышением вероятности возникновения непредвиденных ситуаций, наличием на земном шаре многих «горячих точек».

В подобных условиях принцип картографирования должен формулироваться так: «когда необходимо и где необходимо». Поэтому руководство КУМО считает, что сначала должна быть создана система, которая позволяла бы войскам немедленно реагировать на ситуацию на уровне имеющихся геопространственных данных, а затем необходимо сосредоточиться на подготовке (главным образом в цифровой форме) всех необходимых картографо-геодезических и других геопространственных данных, обладающих высоким разрешением, на район кризиса за время, которое позволило бы осуществить планы развертывания и применения вооруженных сил.

В 1995 году в планах развития КУМО эта задача была конкретизирована следующим образом: за 12 сут необходимо подготовить цифровую геопространственную информацию, которая бы обеспечивала визуальный осмотр местности и моделирование боевых действий на площади 300 0[300 км2 и имела разрешение 3 м в плане и 1 м по высоте. Кроме того, она должна позволять изготавливать в войсковых условиях небольшие тиражи карт различного масштаба на принтерах и других множительных средствах.

Оперативная исследовательская группа министерства обороны США рекомендовала КУМО перейти в ближайшее время от создания стандартных топографических и навигационных карт в цифровой или аналоговой форме к подготовке легкодоступных источников цифровых либо аналоговых данных, которые дол-жны удовлетворять требованиям военной геопространственной, картографической, навигационной, геодезической и других видов информации для обеспечения боевых систем. Это хранилище данных должно быть доступным для большого числа пользователей во всем мире через его распределенную архитектуру, которая должна способствовать получению информации на поле боя, обеспечивать потребности в моделировании и имитации при проведении военных игр, тренировок, упражнений.

Реорганизация деятельности КУМО должна привести к созданию системы глобальной геопространственной информации (Global geospatial information system - GGIS). Содержащиеся в ней данные призваны стать основой для всех систем управления информацией министерства обороны США. Таким образом, пользователь сможет связываться с единым источником данных, что обеспечит одинаковое видение ситуации. Все принципиальные дискрипторы информации должны быть геопространственно привязаны в системе координат WGS84, индексированы во времени с помощью системы DPS и отвечать требованиям стандартов к планово-высотному положению. Хранилища цифровой информации планируется связать с единой системой управления главнокомандующих на ТВД, командиров объединенных оперативных соединений, частей и подразделений, вплоть до роты.

В существовавшей в то время системе сбора информации в КУМО примерно 50 проц. объема данных составляли те, что были получены с помощью космических средств, а 50 проц. - батиметрические данные и информация, полученная по зарубежным топографическим и навигационным картам. КУМО имело соглашения по обмену картографической информацией более чем со 100 странами. Примерно 90 проц. информации, получаемой из космоса, поступало от национальных средств разведки и только 10 проц. - от коммерческих космических средств съемки.

С принятием в 1992 году закона «О политике дистанционного зондирования суши» коммерческие фирмы США стали более активно проявлять себя в космической индустрии. Закон предоставлял право министру торговли выдавать лицензии американским компаниям для создания частных космических систем зондирования. Кроме того, лицензия позволяла получать изображения без ограничений, не забывая, однако, об интересах национальной безопасности страны. В целом это интерпретировалось как право на получение изображений с разрешением до 1 м.

Первую коммерческую лицензию на изготовление и эксплуатацию космических аппаратов дистанционного зондирования получила в январе 1993 года корпорация «Уорлд имэджин». Впоследствии лицензии на право получать изображения с разрешением 1 м были выданы еще четырем фирмам. Оценивая развитие этого направления коммерческой деятельности, руководство министерства обороны США предложило управлению сократить к 2000 году до 20 проц. объем информации, поступающей от национальных космических средств разведки, а 80 проц. требуемого объема получать коммерческим путем. Информация, которая традиционно имелась в разведывательных базах данных (например, детальные характеристики дорог, инженерных сооружений), должна быть связана с геопространственными базами данных системы GGIS.

К середине 90-х годов аналогичная ситуация сложилась и в области систем связи. Коммерческие глобальные системы связи работали в широком диапазоне частот. При этом использовались надежные секретные наземные и спутниковые сети, которые даже превосходили аналогичные средства министерства обороны.

Таким образом, коммерческая основа уже в то время стала хорошим трамплином для перехода КУМО к системе распределенных баз геопространственной информации. В нее вкладывались большие средства (свыше 1 млрд долларов ежегодно), повышалась точность информации, расширялся мировой рынок изображений с разрешением 1 м, изображения получали в мультирежимах (электрооптических, радиолокационных) и во многих зонах спектра. Кроме того, имелись надежные коммерческие глобальные каналы связи.

В соответствии с рекомендациями комиссии в этой ситуации и в условиях ограниченного бюджета необходимо, чтобы КУМО создавало только ту продукцию, которую не могут производить другие организации, а на продукцию коммерческих фирм выдавать сертификаты качества для использования в системе министерства обороны. Оно должно располагать возможно большим числом поставщиков изображений местности, картографической и навигационной информации, а также установить места и средства хранения аналоговых и цифровых данных, получаемых от различных источников, включая коммерческие.

Желательно, чтобы санкционированные заказчики (потребители) имели доступ к этой информации в режиме «онлайн» и могли описывать информационную сферу, которая им необходима (административно, географически и во времени; задавать требуемое разрешение, дискретность, контуры местности и т. д.). Они должны иметь возможность манипулировать информацией о необходимом для них географическом районе: менять размеры, «сшивать», выполнять измерения, расчленять по слоям, вводить в боевые системы, выбирать масштаб, выполнять измерения в автоматическом режиме. В базах геопространственных данных информация должна поддерживаться на современном уровне (не старше трехгодичной давности), быть привязанной по времени и точности планово-высотного положения к данным системы DPS и связана с глобальной геодезической системой координат WGS84. Кроме того, информация должна включать сведения о времени и источниках ее получения.

В обозримом будущем потребность в картах, отпечатанных на бумаге, сохранится, но изготовляться они должны там, где находятся потребители, с использованием современной технологии печати на водостойкой бумаге, например с применением струйных принтеров типа «Кэннон» или других подобных средств.

Таким образом, от КУМО требуется разработка системы обеспечения геопространственной информацией, которая позволила бы немедленно реагировать на уровне запланированных (имеющихся) данных, а затем сосредоточивать средства на получении цифровых данных высокого разрешения на районы кризиса за время, которое необходимо для развертывания и применения вооруженных сил. Для упрощения использования этой информации (цифровые данные, карты, изображения на твердой основе и прочие) на поле боя и обмена данными с союзниками по коалиции крайне важно, чтобы она не имела грифа секретности.

Такова суть рекомендаций комиссии по реорганизации деятельности КУМО США в ближайшем будущем. Первым организационным мероприятием по реализации этих предложений было создание 1 октября 1993 года в рамках министерства обороны США национального управления по получению изображений и картографированию (NIMA), которое объединило КУМО, центральное управление по получению изображений, управление по распространению (реализации) программ, а также частично выполняет задачи и функции центра фотодешифрирования ЦРУ. Кроме того, оно призвано заниматься вопросами обработки, использования и распространения изображений, которые возложены на разведывательное управление и управление воздушной разведки министерства обороны, а также национальную разведывательную службу.

В начальный период своей деятельности NIMA должна оказать всемерное содействие использованию коммерческих решений при сохранении высокого уровня обеспечения необходимой информацией вооруженных сил и органов, определяющих национальную политику.

Генерал-лейтенант В. Хвостов; генерал-майор Н. Воронков, доктор технических наук; генерал-майор В. Елюшкин, доктор технических наук; полковник А. Масленников, доктор технических наук

Источник - "Зарубежное военное обозрение" №6 1998.

Последнее обновление 19.05.2016 год

Автор - Антропов Петр, 2001 - 2017.

petivantropov@gmail.com

  Рейтинг@Mail.ru