„Думите учат, примерите привличат.“

Използването на безпилотни катери за решаване на проблемите на хидрографската служба на ВМС трябва да осигури реалната възможност за използване на различни видове апаратура и оборудване за извършване на хидрографски, спасителни и метеорологични работи. Оборудването трябва да отговаря на всички правила и изисквания за качествено заснемане на топографията на дъното, разпознаване на обекти, както и грунтовите отлагания на дълбочина.

При дефиниране и автоматизиране на хидрографско оборудване на безпилотни катери трябва да се изберат основни платформи с интегрирана безпилотна система за управление. Те изпълняват критичната функция на повърхностни тестови легла на различни етапи на развитие. Използваната платформа се нарича БЕК „Фарватер“. Тези разработки на такава основна платформа БЕК бяха извършени в Далечния изток. В разглеждания проект с помощта на БЕК “Фарватер“ е постигната значителна модернизация за извършване на хидрографска работа, което му дава значително предимство и възможности в сравнение с традиционните методи.

За да се използват пълноценно основните функции и възможности на този тип БЕК, си струва да се избере оборудване за извършване на геодезични и издирвателно-спасителни операции, което, независимо от предназначението му, може лесно да се модифицира и настройва към безпилотна система за управление на различни БЕК.

Съставът на оборудването е подбран така, че да може с голяма степен на вероятност да осигури решаването на следните задачи на борда на БЕК:
– получаване на информация за релефа на морското дъно;
– изследване на горната част на грунта с висока разделителна способност;
– идентифициране и картографиране на подводни обекти от изкуствен и естествен произход, включително затлачени или засипани в грунта.
Въз основа на целите съставът на хидрографските работи, които осигуряват получаването на посочените данни, може да бъде както следва.

1. Площтна снимка
При извършване на тази работа се използва многолъчев ехолот. Въпреки съществуващите проблеми с доставката на компоненти и оборудване от чужбина, това не намалява възможностите на БЕК, тъй като има добра и точна многолъчева система, която е напълно подходяща за изпълнение на хидрографски задачи, използвайки я на борда на БЕК.
Многолъчевата система може да се монтира в различни конфигурации. МЛЕ може да бъде вграден в корпуса на плавателния съд или монтиран на странична опора, както е показано на рис. 3.

Рис. 3. Методи за инсталиране на многолъчева ехолотна антена

За монтиране на главата на МЛЕ на безпилотна лодка, катер има ехолоти местно производство, по-специално моделът „Корвет МЛЕ-250“ от «Океанприбор» който може да бъде адаптиран към безпилотна система за управление и по този начин да калибрира МЛЕ на разстояние в случай на повреда в системата или местоположението на БЕК далеч от оператора. По отношение на техническите си характеристики данните на МЛЕ не отстъпват на чуждестранните аналози и по-нататъшното им използване на борда на БЕК ще бъде най-рационалното и изгодно решение.

С МЛЕ, в резултат на всяко предаване, като се вземат предвид параметрите на ориентацията на кораба (курс, крен, диферент, вертикални движения) и разпределението на скоростта на звука в дълбочина, дълбочините на акваторията се измерват по перпендикулярна линия спрямо курса на кораба и в резултат на движението на носещия кораб по галса в полосата с на ширината на зхвата, като правило, от 3 до 7 дълбочини под преобразувателя на ехолота, се формира полосата на снимката.

Броят на лъчите, както и методите за тяхното формиране и обработка на информацията се различават значително в различните модели на МЛЕ. Задължителни допълнения към самия МЛЕ, инсталиран на БЕК, са: навигационно оборудване за определяне на точни координати, система за определяне на параметрите на движение на катера (жирокомпас, крен-диферент, сензор за вертикално изместване), сензор за определяне на вертикалното разпределение на скоростта на звука във вода (CTD сонда).

2. Хидролокация
Сонарите за странично сканиране (SSS) се използват за откриване на подводни обекти. SSS е акустично устройство, предназначено за получаване на изображение на дъното в широк диапазон с висока разделителна способност, не измерва дълбочина, но предоставя информация за релефа на дъното и подводните обекти. Отличителна черта на SSS е, че при оптимални условия може да създаде почти фотографска картина на морското дъно, което значително улеснява интерпретацията на подводни обекти. Но за да се постигне такъв резултат на безпилотна лодка, трябва да се избере Сонар според техническите му характеристики.

Сонарите днес са основното техническо средство за изследване на морското дъно. Сонарът съдържа масив от датчици на левия и десния борд и обикновено се тегли на кабел зад кърмата на плавателния съд. Периодичните предавания на сигнали осветяват последователни тесни ивици на морското дъно, перпендикулярни на посоката на движение. Получените ехосигнали се записват графично като последователни линии, образувайки двуизмерна карта на отражението на интензитета на сигнала на обратното разсейване.

Типичният SSS има тясна хоризонтална ширина на лъча между 0,75° и 1,5° и широк вертикален лъч, достигащ 35°–65°. Работната честота на SSS е 100 kHz, мащабът на обхвата е 100–600 м. За получаване на необходимата азимутална разделителна способност на SSS се използват физически решетки, чиято дължина се изразява в дължини на вълните на хидроакустичен сигнал. Колкото по-висока е акустичната честота на сонара, толкова по-голяма е относителната бленда, която трябва да бъде поставена върху подвижната платформа и следователно по-добра разделителна способност по азимут. Това води до физически ограничения на размера на антената за БЕК. Високочестотният диапазон също ограничава обхвата на действие поради увеличаването на звукопоглъщането във водата с честотата.

SSS с малък и среден обсег са разделени на двукоординатни и трикоординатни типове. Първите са предназначени за изследване на дъното и резултатът от тяхното използване са тонални изображения на повърхността на дъното, които често се представят под формата на така наречената мозайка на изследваната площ чрез застъпващи се ивици. Последните са предназначени за заснемане на релефа на дъното, резултатът от което е цифров модел на релефа на дъното на зоните за изследване с насложени върху тях тонални изображения на дъното.

Трикоординатни SSS или интерферометрични сонари за странично сканиране (ISSS), поставени на БЕК, са нови ефективни средства за широколентови изображения за водни зони с плитки дълбочини. ISSS, или, както се наричат още, батиметрични SSS, се различават от конвенционалните по наличието на няколко независими канала за приемане на ехо сигнали, чиято обработка предоставя информация за височината на рефлекторите на морското дъно. Точността и разделителната способност във вертикалната координата се определят от конфигурацията на антената в напречната равнина на носителя.

Сред отечествените модели на SSS трябва да се отбележи сонарът Hydra, разработен от NFP Ekran съвместно с Изследователския институт по приборостроене. Серията SSS „Gals“ е разработена в АО „НИИП на името на В. В. Тихомиров“ и е предназначена за получаване на висококачествени акустични изображения на дъното, ехосондиране и площно сондиране на дълбочините на водни площи, търсене и изследване на навигационни опасности, малки обекти на дъното и във водния стълб, изследване на подводни части на инженерни съоръжения (кейови стени, опори на мостове, тръбопроводи и др.).

Сонарът от серията „Gals“ може да се инсталира на малки катери и лодки, което му позволява да се използва при наблюдение на навигационни опасности и за получаване на акустично изображение на дъното с помощта на БЕК. Основната особеност при използването му на БЕК е, че има гъвкава структура и може да се произвежда в различни конфигурации и с характеристики за специфичните нужди на клиента.

3. Сеизмоакустично профилиране
Сеизмоакустичното профилиране се извършва с помощта на морски профильори. Използването им на БЕК ще даде възможност за най-ефективно изследване на слоестите структури на дъното, търсене на обекти в дебелината на седиментите чрез получаване на сонограма на бордовия компютър на БЕК. Основната характеристика на профильора на борда на безпилотна лодка е, че той работи еднакво както в прясна, така и в солена вода. Това дава възможност да не се ограничават площите за работа на БЕК.

БЕК може да бъде оборудван с хидрографски ЛЧМ профилери „CORVET-PG-300“, „CORVET-PG-400“, разработени от АО „Концерн „Океанприбор“ и предназначени за дистанционна инспекция на дънния грунт от надводен кораб по акустичен метод в реално време и извършване на грунтова снимка.
При съвместна обработка на океанографска информация, идваща от БЕК, оптималният вариант за получаване на цялостно представяне на крайната информация са комплексните планшети. Пример за комплексни планшети е показан на рис. 4.

Рис. 4. Пример за комплексни планшети (вижте обяснението в текста)

При избора на допълнително оборудване за БЕК очевидно не е произведено сред най-новите инструменти, които току-що се появиха на пазара за хидрографски услуги, тъй като нямаше опит в тяхната експлоатация. Приоритет беше даден на технически средства, които се използват от няколко години и вече са се доказали като надеждни, лесни за използване и широко използвани устройства в РФ.

Предимства на БЕК в областта на хидрографското осигуряване на маргиналните морета на Русия и изпълнението на задачите на ВМС
В съвременните условия използването на БЕК за хидрографска снимка е значително предимство. Като използваме примера на БЕК «Фарватер» (рис. 5), ще разгледаме неговите възможности, функции и характеристики при извършване на тестова работа.

Основната функция на БЕК «Фарватер» е да работи в три режима: с екипаж, режим на дистанционно управление и автоматичен. Също така е възможно да се преоборудва за решаване на различни проблеми.
Основните функции на системата за управление на БЕК «Фарватер» са изброени по-долу.
– Режим на дистанционно управление. В режим на дистанционно управление операторът контролира БЕК от конзолата на оператора, като се фокусира върху телеметричните показания и данните от видеосистемата и радара.
– Движение по зададен маршрут. БЕК се движи автоматично по предварително определен от оператора маршрут.
– Поддържане на позиция в даден район. БЕК запазва позицията си в границите на района под формата на кръг с определен радиус. При напускане на границите на кръга БЕК се връща в центъра му.
– Разминаване в съответствие с международните правила. Когато автоматично се движи по маршрут, БЕК може да пропусне откриване на препятствия (с други участници в движението).
– Покритие на дадена област. Софтуерът на конзолата на оператора позволява автоматично да се генерира траектория за покриване на дадена зона под формата на галсове. Използва се при извършване на хидрографска работа.
– Изпълнение на съставни мисии. БЕК е в състояние да изпълнява сложна комбинирана мисия, състояща се от група прости мисии и условията за тяхното превключване една от друга. Например, ако нивото на горивото спадне под предварително определено ниво, БЕК от основния маршрут превключва на маршрут към дома.

Рис.5. Външен изглед на БЕК «Фарватер»

Основният елемент на системата за управление на БЕК са алгоритмите за управление на движение и дивергенция. Подходът за управление на БЕК по дадена траектория, формирана с помощта на пътни точки, свързани с прави сегменти, се основава на метода на градиента на спомагателната функция. Използваният метод генерира векторно поле, което представлява набор от вектори, показващи необходимата посока на движение на БЕК в определена точка. Следвайки тази посока, БЕК се движи по прав участък от маршрута и след пресичане на крайната точка на участъка от маршрута се формира ново векторно поле за следващия участък от маршрута.

Визуалната система работи с данни от радар, видео система и система за автоматична идентификация. БЕК е в състояние автоматично да се отклонява от откритите обекти в съответствие с правилата на МППСС-72. Активното маневриране се основава на добре известния алгоритъм за скоростни препятствия (Velocity Obstacle), който позволява да се изчисли курсът и скоростта, които са най-близки до движението по даден маршрут и не водят до сблъсък. Използваните алгоритми са внедрени в бордовия софтуер на БЕК «Фарватер» и са тествани в морски условия. За ефективно тестване бяха използвани виртуални движещи се обекти, зададени от оператора, които симулираха реални обекти, които представляват риск от сблъсък и идентифицирани от системата за техническо виждане. Резултатите от теста потвърдиха ефективността на внедрените алгоритми. БЕК се движи по даден маршрут и се отклонява от движещи се обекти в съответствие с МППСС-72 с последващо връщане към дадения маршрут.

Характеристиките на БЕК са неговите контури на катамарана, които позволяват ефективно разполагане и използване на хидроакустично оборудване между корпусите и развита система за техническо виждане.
Успешните тестове на лодката се проведоха през 2020 г. и 2021 г. във водите на залива Петър Велики. Разработчиците на БЕК участваха в общоруските състезания по морска роботика „Източен бриз 2020“ и „Източен бриз 2021“. По-нататъшната работа е насочена към подобряване на алгоритмите, за да стане възможно отклонението от група движещи се обекти и движението в тесни пространства, като се вземе предвид бреговата линия.

Днес АО «Концерн «Моринсис-Агат» притежава достатъчно технология и оборудване за създаване на линия безпилотни лодки за различни цели.

Разработването на пълноценна система за техническо зрение и осигуряването на разминаване в съответствие с МППСС-72 несъмнено са важни и се извършват, докато в близко бъдеще концернът е готов да представи на гражданския пазар образци на роботизирани безпилотни надводни превозни средства, контролирани дистанционно и автоматично. Такива БЕК ще могат лесно да решават възложени задачи, лесно да снабдяват кораби и военноморски бази на ВМС с данни за навигационната ситуация във всеки даден сектор на максимална дълбочина от 70 метра, както и да чертаят безопасни маршрути въз основа на наблюдение на дълбочината и изграждане маршрут, използващ вграден алгоритъм, подобен на изкуствения интелект.

Заключения.
При извършване на хидрографска работа се използват традиционни методи. Хидрографските лодки се използват в пристанища, крайбрежни води и вътрешни водни пътища. Например, водещата организация за обслужване на пристанищни съоръжения, ФГУП «Росморпорт», експлоатира и управлява флота от хидрографски катери във всички пристанища на Руската федерация. Работата на всека хидрографски катер се осигурява от двама членове на екипажа и хидрограф.

Предимствата на използването на хидрографски безекипажен катер са: възможността за изграждане под западни санкции, относителна лекота на управление, ефективно използване в рамките на крайбрежната зона и всякакви други зони до 70 метра дълбочина. Този тип плавателни съдове (катери и лодки) са предназначени предимно за извършване на хидрографски и издирвателни работи в крайбрежните райони на моретата в интерес на ВМС.

В условията на дългосрочни санкции, когато доставките на високотехнологично оборудване са спрени, БЕК за хидрографско осигураване може не само да стане лидер в предоставянето на надводна роботика на вътрешния пазар, но и да демонстрира високо ниво на развитие на външния пазар. В допълнение, основните концептуални положения за системата за дистанционно управление на БЕК в морски крайбрежни зони са представени като необходима основа, която играе ролята на важно условие при осъществяването на процеса на създаване както на сложни технически системи, така и на софтуерни системи за хидрографски клас. Това ще позволи на специалистите от ВМС, участващи в процеса, да определят единен подход на етапа на експлоатация на такива системи, което ще гарантира възможността за точно картографиране и осигуряване на навигационната безопасност на флота в бойни и мирни ситуации.

Използването на хидрографски БЕК е икономически изгодно и препоръчително, когато е необходимо да се извършат хидрографски изследвания на морските води в тесни крайбрежни зони с интензивна навигация, подробно проучване на релефа на дъното за разполагане и експлоатация на хидравлични съоръжения, при изследване на дъното в места за търсене на потънали обекти, създаване на геофизични полигони и провеждане на хидрографски проучвания на подходи към брега.

Методът за използване на БЕК е да ги преместите по планирана система от галси от меандърен тип с корекция на разстоянието между галсите, като се вземе предвид ширината на полосата с изменение на дълбочината. Обещаващ метод за използване на МРТК от този тип е включването им в група от подобни носители на оборудване за изображения за извършване на съвместни проучвания на дадена акватория.