„Където е учението, там е умението.“

С развитието на лазерното сканиране на морското дъно у Русия и в чужбина започват да се занимават през 70-те години на миналия век. Бяха проведени теоретични и практически изследвания, които доказаха принципната възможност за извършване на такава хидрографска работа както от надводни кораби, така и от авиационни носители (самолети).

Достигнатото ниво на промишлено производство позволи още през 80-те години да се планира създаването на авиационни комплекси за изследване на релефа на дъното в крайбрежните морски райони за периода до 1995-2000 г. Така например, в двусредна сканираща лазерна система за площтно изследване на релефа на дъното от авионосител „Sinerod-2“, се предполагаше да се постигнат измервания на дълбочината с помощта на лазерно лъчение до 50–70 m с СКП от 1–0,5 м. В същото време производителността на работата трябваше да бъде най-малко 28-30 km2 / h, което надвишава съществуващите инструменти с подобна цел 4-5 пъти.

Но с разпадането на СССР, всички работи от този род бяха спрени и научно промишления опит беше загубен. В чужбина в същия период, подобна работа продължи с нарастваща интензивност, което доведе до отработени технологии за лазерно сканиране на морското дъно. За пример могат да служат системи като SHOALS (технология за лазерна батиметрия) и ALTM (технология за въздушно лазерно сканиране на земната повърхност).

В интерес на осигуряването на безопасността на навигацията и корабоплаването, данните от лазерното сканиране се използват активно за съставяне и актуализиране на морски навигационни карти.

Основните предимства на технологиите за лазерно сканиране в сравнение с други методи за получаване на информация за релефа, терена и дъното на водните площи са:
– висока икономическа ефективност при снимка на релефа в плитки води;
– висока производителност и мобилност;
– точност на прецизното геодезическо заснемане и висока информативност.

В интерес на осигуряването на безопасността на корабоплаването данните от лазерното сканиране се използват активно за съставяне и актуализиране на морски навигационни карти.
На рис. 4 се илюстрират резултатите от проучвания с помощта на лазерна технология на интервали от няколко месеца, които демонстрират промени в геометрията на морското дъно, свързани с хидроложки процеси.
Задачите на лазерната навигация, картографирането на терена и изследването на океана също могат да бъдат решени въз основа на използването на три координатен лазерен локатор със странично сканиране (ТЛЛБО), използвайки по-модерни технологии.

Рис. 4. Резултати от изследване на морското дъно, взети на различни интервали от време с помощта на лазерно сканиране

Трикоординатният аерокосмически лазерен радар е предназначен за получаване на изображения с разделителна способност до стотни от метъра и измерване на местоположението на целите с точност до сантиметър. Както устройството ТЛЛБО, така и принципът на неговата работа са описани по-подробно в литературата.

Предлагат се навигационни технологии, базирани на ТЛЛБО, за решаване на следните проблеми:
1) високоефективно търсене на мобилни подводни обекти (ППО) в аварийни (извънредни) ситуации;
2) определяне на местоположението на ППО спрямо авиационния ориентир, който се самоопределя в навигационното поле на средноорбиталната космическа навигационна система (ГЛОНАСС);
3) автономно самоопределение на въздухоплавателното средство (носител) в случай на неизправност на стандартните навигационни средства.
В случая с използването на ТЛЛБО за аерокосмическо наблюдение и картографиране на терена, основният проблем е резолюцията. Изискванията към ТЛЛБО за линейна резолюция са представени в табл. 2.

Таблица 2. Изисквания за триизмерен лазерен локатор със странично сканиране по отношение на линейната разделителна способност

За привързване на носителя може да се използва ТЛЛБО в режим на самоопределяне по наземни ориентири. По-специално, мрежа от ориентири (лазерни транспондери) може да бъде създадена в зоната на изследване. При получаване на сигнал от такъв транспондер, позицията на носителя може да се определи с метрова (субметрова) точност.
На принципите на конструиране на трикоординатния лазерен радар могат да се реализират авиационни, космически и корабни системи за изследване на океана (морски лидари).
Във всеки приемен канал на импулсен морски лидар, наред с измерването на обхвата и формирането на съответния фрагмент от локационното изображение, се измерва продължителността на отразените импулси. Въз основа на тези данни се определя средното ниво на наклона на развълнуваните океански повърхности и се определя височината на вълните, които от своя страна се използват за определяне на величините на доминиращите вълни в океана.

Методът за корабно изследване на характеристиките на морското вълнение се основава на непрекъснато сондиране на морското вълнение и регистриране на отразения сигнал.
Корабният лидар е монтиран на носа на кораба. Сондирането на повърхността се извършва чрез непрекъснат лазерен сигнал от предавателя. Всеки канал регистрира последователности от импулси (отблясъци), чиято поява съответства на попадането на сондиращия сигнал върху елементарна отразяваща зона (фасет), ортогонална на съответната посока. Вероятностният анализ на тези последователности дава възможност да се предостави подробно статистическо описание на морските вълни в изследваната зона.

За разрешаване на проблемите, свързани с клатенето (движението) на кораба и влиянието на кораба в зрителното поле, е необходимо да се предприемат следните мерки:
– синхронна регистрация на крена на кораба по данни на инерционния комплекс на кораба (с минутна точност);
– промени в скоростта и курса на кораба спрямо посоките на вятъра и вълните.

Процесите, причинени от клатенето на кораба, протичат с един или два порядъка по-бавно от появата на фасети на съответния наклон. При корабна снимка клатенето на кораба се разглежда от гледна точка на неуправляван, но контролиран (известен) модел на сканиране от морския лидар, така че филтрирането на адитивните процеси, дължащи се на клатенето, да не създава затруднения. Всяка снимка е организирана като факторен активен експеримент според квазиоптимален план. В този случай ефектът от клатенето на кораба върху вълните в зоната на обзора на корабния лидара се компенсира с известните методи на дисперсния анализ.
Изводи:
1. Уникалните свойства на лазерното излъчване позволяват създаването на принципно нови технически средства в областта на оръжията и военното оборудване, и по-специално в областта на навигацията, комуникациите, изследването на Световния океан и хидрографската работа, тъй като :
– скоростта на светлината във водата е повече от 150 000 пъти по-висока от скоростта на звука, поради тази причина нейното разпространение практически не се влияе от течения и разлики във водните слоеве в дълбочина в зоната на калибриране;
– лазерното излъчване от синьо-зеления диапазон е в състояние да проникне на значителни дълбочини без загуба на навигационна, комуникационна и друга информация;
– диаграмата на насоченост на лазерното излъчване (1–2 дъгови секунди) е многократно по-тясна от диаграмата на насоченост на хидроакустичните средства, което дава възможност да се провеждат изследвания на водната среда и океанското дъно, както и хидрографски работи с повишена точност и по-голяма производителност.

2. Лазерните технологии се използват все повече във флотовете на напредналите държави – от създаването на перспективни оръжия до средствата за тяхната поддръжка. От сферата на фантазията лазерните технологии се преместиха в сферата на интензивна развойна дейност, свързана предимно със създаването на противоракетна отбрана, корабни оръжия, откриване, навигация и подводни комуникации.
В чужбина се обръща специално внимание на работата, свързана с използването на лазери за противоракетна отбрана, корабни оръжия, средства за откриване и подводни комуникации.

За разлика от чуждестранния опит, научните изследвания и освен това експериментално-конструкторските работи по създаването на обещаваща лазерна технология в областта на навигацията, хидрографията и комуникациите са преустановени у нас. В близко бъдеще, ако подобни изследвания не бъдат продължени, това може да доведе до необратимо изоставане в областта на качествено нови видове оръжия и военна техника и загуба на предишния приоритет в областта на съвременните лазерни технологии.

3. В допълнение към средствата за унищожаване, разработването и създаването на лазерна космическа навигационна и комуникационна система (ЛКНСС) за решаване на проблемите на скритата подводна навигация и комуникация с дълбоко плаващи подводници и тяхното координатно-времево осигуряване трябва да се счита за приоритетна област за внедряване на лазерни технологии в флота. Предишни научни изследвания и пълно мащабни експерименти показаха фундаменталната възможност за реализиране на този проект върху съществуващата елементна база на квантовата оптична технология. ЛКНСС при условие на нейното разгръщане тя ще бъде основната система, която подобрява ефективността на работа на подводни обекти чрез повишаване на секретността на техните действия, точността на генериране на навигационни параметри, навременността и надеждността на получаване на информация за управление от брега и между подводните обекти.

4. От гледна точка на гражданското приложение ЛКНСС има големи перспективи за осигуряване на:
– подводна танкерна навигация и подводни апарати с различно предназначение;
– подводно изследване на Световния океан и осигуряване на хидрографски работи;
– охрана на акватории, важни подводни комуникации, обекти и др.;
– предоставяне на подводен туризъм, лов и гмуркане.
По набора от задачи за решаване и очакваните тактически възможности предложената лазерна система няма аналози в световната практика. Горните технически решения могат да послужат като основа за създаването на качествено нови бойни и технически системи, за граждански цели, състоящи се от космически, наземни (надводни) и подводни обекти, функциониращи като единен комплекс с командно-информационно и координатно-времево взаимодействие на всички елементи.

5. Решаването на основните проблеми на лазерната навигация и комуникационна поддръжка за подводни потребители се основава на следните нови методи:
– скрита двупосочна адаптивна комуникация между дълбоко потопен потребител и навигационен спътник, базирана на асинхронно квазибезпристрастно обръщане на запитващ лазерен лъч;
– лазерна ориентация на навигационния спътник (или бордовото оборудване, поставено на спътника) въз основа на междуспътникови ъгломерни измервания и определяне на посоката към навигационни звезди;
– доставка на навигационни и информационни сигнали до даден район на океана въз основа на анализ на облачността над този регион и използване на пропуски в облаците;
– лазерно определяне на местоположението на подводния потребител (ПП) въз основа на измерване на навигационни параметри по сигнали на скрит двупосочен адаптивен информационно-измервателен канал между спътниците и ПП.

6. Основните неразрешени проблеми са:
– разработване на информационни технологии за създаване на полета, свързани с лазерна навигация за подводни потребители, базирани на многообектна мрежа, състояща се от спътници със средна и висока орбита, оборудвани с лазерни съоръжения, както и допълнителни навигационни средства на различни бази;
– разработване на методи за повишаване на ефективността на провеждане на свързани с навигацията сесии в облачни условия;
– разработване на технически решения за елементи на навигационното оборудване, реализирани върху съществуващата елементна база;
– прототипиране на ключови елементи от подводния навигационен комплекс;
– разработване на стратегия за двойно многоцелево използване на спътниково и корабно лазерно оборудване за скрита устойчива на смущения навигация и командна и информационна поддръжка за подводни и други потребители;
– разработване на методи за оптимално координатно-времево и командно-информационно осигуряване на потребителски групи, включващи подводни обекти;
– проучване на възможността и целесъобразността от използване на методи и средства за лазерна подводна навигация в интерес на морската геодезия и решаване на проблемите на Глобалната система за наблюдение на геодезическите параметри на Земята.