Senzory a prostředky přenosu dat pro bezpilotní prostředky

Současné masové zavádění průzkumných bezpilotních prostředků do výzbroje předních armád představuje kvalitativně novou etapu, charakterizovanou zpřístupněním podstatně většího objemu průzkumných informací o protivníkovi. Na kvalitě výsledků vzdušného průzkumu pozemních cílů, vedeném bezpilotními prostředky, se podílejí špičkové senzory. Na bezpilotních prostředcích se používají různé senzory k vedení optického, radiolokačního, rádiového a radiotechnického, meteorologického, radiačního, chemického, biologického průzkumu a analýzy stavu prostředí.

Speciální a elektronické vybavení bezpilotních prostředků se soustřeďuje samozřejmě i na systémy řízení a dálkového ovládání, na prostředky zpracování informací za letu, zařízení pro automatické rozpoznávání cílů ATR (Automatic Target Recognition), digitalizaci obrazů, prostředky komprese a přenosu dat. Obraz sledovaného cíle má být zařízením ATR v reálném čase s využitím rozsáhlé databanky porovnán s modelovaným vzorem mnoha druhů bojové techniky a podle toho určen pravděpodobný typ sledovaného cíle. Předpokládá se, že technologie ATR podstatně sníží zatížení obsluh, umožní podstatně rychlejší a věrohodnější rozpoznávání pozemních cílů. Palubní elektronické senzory plní dvě funkce - obrazová informace snímaná senzorem za letu slouží operátorovi k tomu, aby mohl řídit let průzkumného bezpilotního prostředku do zájmového prostoru a po jeho dosažení k získání co nejvíce informací, které jsou předmětem zájmu velitelů. Konkrétní osazení speciálními a elektronickými prostředky je závislé na konkrétních požadavcích uživatele a specifických úkolech, které plní v průběhu nasazení bezpilotních prostředků.

Senzory

Současné infračervené kamery typu FLIR, infračervené a řádkové snímače typu LINESCAN, televizní kamery s vysokou citlivostí (LLLTV - Low Light Level Television), speciálně určené pro bezpilotní prostředky, umožňují vést průzkum v denních i nočních podmínkách a to i bez umělého osvětlení terénu i v případě zadýmovaného prostoru, mlhy a deště. S ohledem na detekční schopnost "chladných objektů" (vozidel, osob, budov, obrněné techniky, komunikací apod.) infračervené kamery využívají obvykle vzdálenou infračervenou oblast, tj. oblast 8 až 12 µm, výjimečně blízkou (0,4 až 0,8 µm) nebo střední (3 až 5 µm). Umožňují vyhledat objekty, ukryté např. pod listnatými stromy nebo pod maskovacími sítěmi.

Například GALIFLIR představuje vysoce efektivní elektrooptický senzorový systém pro bezpilotní prostředky. Termokamera je osazena teleobjektivem se dvěma proměnnými zornými poli. Systém GALIFLIR byl vyvinut speciálně k vedení průzkumu, přehledu a automatickému sledování cílů na bojišti. Pozemní objekt o rozměru řádově metrů je schopen zjistit na vzdálenost 5 km a rozpoznat jej na vzdálenost 2 km. Zvětšení lze měnit skokově 2,5x a 10x. Termokamera může být podle požadavku sloučena do jedné základny s televizní kamerou pro denní či noční pozorování.

Systém STIS (Stabilised Thermal Imaging System) byl navržen pro plnění běžných přehledových úkolů s nenáročnými požadavky na kvalitu výstupní informace. Hlavním senzorem je Mini-FLIR americké firmy Lockheed Martin. Teleobjektiv má tři proměnné ohniskové vzdálenosti. Vyhledávání a pozorování cílů je ulehčeno zařízením pro automatické sledování zvoleného objektu. Systém STIS může být podle potřeb doplněn nízkoúrovňovou CCD TV kamerou (LLLTV), laserovým dálkoměrem. Již byl instalován do bezpilotních prostředků různých typů několika evropských států.

MKD 400/600 je typová řada lehkých kompaktních elektrooptických zařízení na stabilizované základně, určená pro řadu běžných úkolů průzkumu, přehledu, pozorování, shromažďování informací, vyhledávání různých pozemních cílů a objektů. Základními senzory jsou termokamera pro vzdálenou IČ oblast spektra a CCD TV kamera se stálým zorným polem. Obě verze MKD 400 (krátkého dosahu) i MKD 600 (středního dosahu) jsou vyráběny a vyváženy do mnoha států světa. MOKED MKD 400/600 využívá originální systém stabilizace, který odolává i silným vibracím. Typický dosah v režimu vyhledávání pozemních cílů a objektů je 25 km, rozpoznat jeho druh lze ze vzdálenosti 9 km.

Radary jsou aktivní prostředky, které intenzivně vyzařují elektromagnetickou energii, čímž i vyzrazují přítomnost bezpilotního prostředku při vedení průzkumu. Tím se i vystavují nebezpečí sestřelu. Naproti tomu mají některé přednosti, které jiné senzory nemají a proto nabývají mimořádného taktického významu. Jednou z největších předností radarů je, že v režimu indikace pohyblivých cílů (MTI - Moving Target Indication) umožňují vyčlenit cíle, pohybující se malou rychlostí (5 km/h). To má nesmírný význam z taktického hlediska, neboť umožňuje ve dne v noci odhalit a sledovat veškeré aktivity protivníka, jako například přesuny kolon bojové techniky, prostory soustředění, zahájení útoku apod. v libovolných meteorologických podmínkách bez podstatného snížení dosahu. Zejména mohutný nástup speciálních radarů se syntetizovanou aperturou SAR (Synthetic Aperture Radar) se vyznačují mimořádně vysokou rozlišovací schopností řádově metru. Dalším druhem této kategorie je tzv. inverzní SAR, jehož rozlišovací schopnost je 0,1 až 0,3 metru. Firma Texas Instruments ověřuje novou koncepci optoelektronického průzkumného zařízení na bázi lidaru (laserového radaru).

V současné době probíhají práce na vývoji malého radaru TESAR (Tactical Endurance Synthetic Aperture Radar) se syntetickou aperturou a indikací pohyblivých cílů pro budoucí taktické bezpilotní prostředky (TUAV - Tactical UAV) amerického pozemního vojska. Celková hodnota tříletého vývojového programu dosahuje výše 12,4 mil.USD. Užitečné zatížení TUAV má být 31 kg. Firmy General Atomics a Sandia National Laboratories spolupracují na vývoji dalšího typu radaru se syntetickou aperturou LYNX a testují ho na bezpilotním prostředku I-Gnat. Radar o celkové hmotnosti 52 kg bude brzy připraven k výrobě. Pro taktický bezpilotní prostředek Prowler II je vyvíjena lehčí verze radaru SAR.

TESAR (Tactical Endurance Synthetic Aperture Radar) je lehký průzkumný radar s vysokou rozlišovací schopností firmy NORTHROP GRUMMAN, určený pro taktické průzkumné bezpilotní prostředky (T-UAV). Pracuje ve dvou základních režimech - mapování a indikace pohyblivých cílů (MTI - Moving Target Indication). Je vybaven zařízením pro automatické rozpoznávání pozemních cílů STARLOS (SAR Target Recognition and Location System), které umožňuje spolehlivé rozpoznání a současné sledování až 6 cílů např. mobilního odpalovacího zařízení balistických raket, PLŘS, raketometů apod. Za letu může snímat pás terénu o volitelné šířce od 5 do 25 kilometrů. V režimu MTI (Moving Target Indication) odhalí cíl, pohybující se rychlostí větší než 1,5 m/s v dopředném a 3,5 m/s v příčném směru od podélné osy směru letu. Radar TESAR o hmotnosti 84 kg pracuje v kmitočtovém pásmu 16,07 až 16,87 GHz výkonem 1150 W. Plošná fázovaná anténa má rozměry 47 x 45,3 cm. Polohy pozemních cílů je schopen určit s absolutní přesností 25 metrů a rozlišovací schopností 0,3 až 1 metr.

Dalším příkladem je radar EL/M-2055 se syntetizovanou aperturou a indikací pohyblivých cílů typu SAR/MTI (Synthetic Aperture Radar with Moving Target Indication), který vyvinula izraelská firma ELTA Electronics Industries Ltd., součást firmy Israel Aircraft Industries Ltd. Tento vysoce výkonný radar je určen pro využití na bezpilotních prostředcích k vedení taktického průzkumu pozemních cílů za podmínek intenzivního elektronického rušení. Radar o celkové hmotnosti pouhých 56 kg umožňuje nepřetržité sledování zájmového prostoru, zaměřování cílů s vysokou přesností, automatické sledování pohyblivých cílů a vyhodnocování úspěšnosti úderů na pozemní cíle. Souprava radaru je dvěma hlavními prvky – palubní s vlastním radarem a palubním vybavením a pozemní, představující vyhodnocovací a řídicí středisko GES (Ground Exploitation Station). Specialisté firmy Elta uvádějí, že radar EL/M-2055 poskytuje obraz, srovnatelný se snímky fotografické kvality a to i za velmi drsných meteorologických podmínek ve dne a v noci. Může snímat terén skrz mraky, kouř, mlhu i maskovací sítě. Obraz zpracovaný na palubě bezpilotního prostředku je přenášen mikrovlnným směrovým spojením (datalinkem) do pozemního střediska GES, kde se provádí podrobná technická analýza digitálního obrazu a jeho vyhodnocování v rámci komplexního systému optického průzkumu IMINT (Image Intelligence). Radar typu SAR/MTI je navržen a zkonstruován tak, aby umožnil případnou náhradu stávajícího průzkumného optoelektronického vybavení bezpilotních prostředků a současně snadnou integraci se stávajícími prostředky přenosu dat a provozní slučitelnost s pozemními vyhodnocovacími středisky GCS (Ground Control Station).

Francouzská firma Thomson-CSF Missile Electronics a německá firma Daimler-Benz Aerospace Dornier Reconnaissance and Surveillance společnými silami vyvinuly průzkumný radiolokační senzor AWARDS (All Weather Airborne Reconnaissance Drone Sensor) s vysokou rozlišovací schopností typu SAR (Synthetic Aperture Radar), určený pro taktické bezpilotní prostředky, např. CL-289. AWARDS o hmotnosti 30 kg je určen k radiolokačnímu průzkumu terénu a pozemních pohyblivých i nepohyblivých cílů za všech meteorologických podmínek. Pokročilou technologii přesného radiolokačního mapování a detekce pohyblivých cílů se podařilo natolik upravit a zmenšit konstrukci jednotlivých prvků, že umožňuje instalaci do tak malého nosiče, jakým je bezpilotní prostředek. Radiolokační vysílač senzoru AWARDS pracuje v kmitočtovém pásmu 12 až 18 Ghz. Snímaný pás terénu je volitelný od 1 do 10 km. Režim mapování se vyznačuje velmi dobrou pozemní rozlišovací schopností 1,4 m. Zpracování vstupních i výstupních informací se děje přímo na palubě bezpilotního prostředku. Výsledný digitalizovaný obraz situace na bojišti může být v reálném čase (v čase blízkém reálnému) předáván do pozemního vyhodnocovacího střediska pro potřeby podrobné analýzy a plánování bojové činnosti.

Některé specializované firmy se zabývají vývojem a výrobou zařízení radioelektronického průzkumu a zaměřování kategorie ELINT (Electronic Intelligence). Jedná se o speciální průzkumné prostředky pasivního průzkumu, které umožňují detekovat, zaměřovat polohy a zaznamenávat parametry signálů aktivních vysílačů protivníka. Jsou významným zdrojem informací, zejména o dislokaci stacionárních i mobilních středisek, rádiových pojítek a vysílačů systémů velení a řízení a PVO. Podrobnou analýzou lze vyhodnotit konkrétní typy zasazených elektronických prostředků, které mohou být využity pro plánování úderů.

Například americká firma SEI (System & Electronics Inc.) vyvinula pasivní zařízení radioelektronického průzkumu, zaměřování a analýzy SILENT SENTINEL o hmotnosti 22 kg, průměru 20 cm a délce 90 cm. Pracuje v kmitočtovém pásmu od 0,5 do 40 GHz v zorném poli 180°. Kmitočet zachyceného aktivního vysílače měří s přesností na 2 MHz. Umožňuje automaticky sledovat a provádět záznam parametrů signálů pro podrobnou analýzu po přistání. Hlavní částí zařízení je přesný fázový interferometr, který je schopen zaměřovat směr na zdroj vyzařování s přesností 1°. Příkon zařízení je menší než 300 W.

Efektivně jsou využívána kombinovaná zařízení radiačního, chemického a biologického průzkumu. Uživateli poskytují velmi rychlé získání přehledu z rozsáhlých prostorů. Umožňují detekci, měření a záznam úrovní kontaminace z prostorů mimo dosah prostředků PVO protivníka a na relativně velkých bezpečných vzdálenostech od operátora bezpilotního prostředku. Výhodou je zejména rychlost, s jakou dokáží přesně prozkoumat, analyzovat a označit nebezpečné prostory. Například americké ozbrojené síly používají od roku 1991 na bezpilotním prostředku Pioneer zdokonalený palubní systém nazývaný AARS (Advanced Airborne RADIAC System). Systém AARS o příkonu 1 W, celkové hmotnosti 2,25 kg a objemu 115 cm3 může měřit radiaci v rozsahu 0,01mGy/h až 100Gy/h. Podobně jako běžné senzory je vybaven analogově číslicovým převodníkem a umožňuje přenos získaných dat během letu do pozemního střediska využitím datalinku.

Meteorologické prostředky se mnohým zdají být bezvýznamné, ale opak je pravdou. Úspěšnost každé bojová operace i s použitím těch nejmodernějších zbraní je značně ovlivněna meteorologickými podmínkami v prostoru vedení boje. Meteorologické senzory a měřicí sondy jsou určeny k měření parametrů prostředí. Svojí výkonností z hlediska rychlého prozkoumání a vyhodnocení rozsáhlých prostorů daleko předčí své předchůdce – meteorologické sondy s vysílači, vynášené do velkých výšek na balónech. Navíc balón je těžko nebo dokonce vůbec ovladatelný operátorem a ani ho nelze vícenásobně použít. Bezpilotní prostředek naopak létá i opakovaně přesně tam, kde operátor chce. Například meteorologický senzor UAV MET může během letu měřit teplotu (od –74°C do +58°C), tlak (od 350 do 1000 mb), relativní vlhkost (od 0% do 100%), naměřené analogové údaje převádět do digitálního formátu, vhodného pro přenos do pozemního vyhodnocovacího střediska. Meteorologický senzor UAV MET o celkové hmotnosti 5 kg a objemu 7079 cm3 má příkon 10 W. Bezpilotním prostředek Pioneer s instalovaným senzorem UAV MET bez problémů dlouhodobě operoval v optimální výšce do 1500 m.

Detektory chemických látek jsou využívány pro přehled vytipovaných prostorů se zaměřením na výskyt životu nebezpečných a toxických látek, vyhodnocování stavu zamoření a kontrolu průběhu dekontaminačních opatření s cílem minimalizovat následky chemického útoku. Typickým zástupcem prostředků této kategorie je detektor LSCAD (Lightweight Stand-off Chemical Agent Detector), který je používán i na malých bezpilotních prostředcích. Základem detektoru jsou speciální infračervený interferometr a moderní prostředky a technologie zpracování signálů. Pracuje v pásmu 8 až 12 µm na principu citlivého vyhodnocování tepelných rozdílů kontaminovaných oblaků na pozadí prostředí. Pro optickou orientaci senzor spolupracuje s televizní kamerou. Maximální dosah detektoru chemických látek LSCAD je 5 km, hmotnost 33 kg a příkon 200 W.

Zařízení rádiového a radiotechnického průzkumu a zaměřování patří k nejrozšířenějším elektronickým prostředkům, používaným na bezpilotních prostředcích. Na taktickém stupni slouží ke sběru, rozpoznávání a zaměřování poloh aktivních vysílačů radarů a komunikačních prostředků protivníka (tzn. vysílačů, vyzařujících do prostoru elektromagnetickou energii). Jedná se o přesné pasivní přijímače a zaměřovače a zařízení pro zpracování rádiových signálů, fúzi a počítačové vyhodnocování a určování poloh těchto vysílačů. Například zařízení, obecně nazývané COMINT (Communication Intelligence – rádiového průzkumu), instalované na bezpilotním prostředku Pioneer, o hmotnosti 26 kg a příkonu 532 W postihne vysílače na vzdálenost až několik stovek kilometrů a zpracovaná data předat do pozemního vyhodnocovacího střediska. Na novějším prostředku Hunter bylo již v roce 1996 testováno zdokonalené zařízení s vyšší citlivostí a přesností zaměřování o hmotnosti pouhých 13,6 kg, objemu 0,08 m3 a příkonu 300 W.

Prostředky přenosu dat

Jedním z důležitých, zejména taktických požadavků na vzdušný průzkum je schopnost přenosu průzkumných informací z letounu během letu do pozemních vyhodnocovacích středisek v reálném čase na vzdálenosti několika stovek kilometrů. Přenos dat je ale možný pouze za předpokladu předchozí digitalizace snímků (převod obrazové informace na data podobně jako např. u snímání obrazových předloh skenerem a zpracování dat v počítači), musí být spojitý, oboustranný a hlavně maximálně odolný proti elektronickému rušení. S prodlužováním doletu bezpilotních prostředků vyvstává potřeba zabezpečit jejich spolehlivé řízení a přenosy dat i za hranicí přímé rádiové viditelnosti. To si vynutilo aplikaci vysoce mobilních a rychle rozvinutelných řídicích a kontrolních středisek, které by bylo možné operativně použít kdykoliv a kdekoliv, třeba i v dotyku s vojsky protivníka. Nabízí se rovněž využití spojovacích družic, případně dalších prostředků, schopných zabezpečit spolehlivý, utajený a proti rušení odolný přenos řídicích povelů a průzkumových dat mezi pozemními středisky a bezpilotními prostředky. Na taktickém stupni se však tyto složité systémy neosvědčily. Přenosy dat jsou rovněž využívány k součinnosti pilotovaných prostředků s bezpilotními prostředky.

Například americké pozemní vojsko ověřuje možnosti praktického využití této revoluční myšlenky a pro účely zkoušek vybavilo bezpilotní prostředek Hunter a dva vrtulníky AH-64D Apache Longbow systémem velení, řízení, spojení a přenosu dat, což bude umožňovat řízení bezpilotního prostředku přímo z vrtulníku. Letové testovací zkoušky mají vyvrcholit v roce 2003 bojovými zkouškami, které mají ukázat schopnosti rozprostřeného systému z hlediska vyhledávání a rozpoznávání pozemních cílů, které mají být vrtulníky ničeny.

Obrazová příloha:

Zdroje a obrázky: FLIGHT INTERNATIONAL, Jane’s UAVs Systems 1999-2000, Jane’s UAV and Targets (Issue Fourteen), Tactical Unmanned Aerial Vehicles Overview 1997, Global Defence Review 1997, Jane’s Defence Weekly, Military Technology, Krasnaja zvezda, Air Zone, IDR, MILITARY PARADE, Zarubežnoje vojennoje obozrenije, TUAV Overview 1997, prospektové a firemní materiály, materiály tiskových středisek výstav letecké, kosmické a vojenské techniky, Internet (DARPA, USAF, specializované firmy).