В своем послании Федеральному  собранию РФ 03.12.2015  г. Президент РФ  Путин В. В. сказал, что Россия не имеет  права быть уязвимой. Планы по  добыче  углеводородов в  нашей стране все  больше распространяются на  подводную  среду. В  современных условиях существует реальная опасность террористических воздействий из  подводной среды  на  важные государственные и  хозяйственные объекты (нефтегазодобывающие платформы, трубопроводы,  на  гавани и  порты, военные корабли  и  суда, территории атомных электростанций и др.).

Поражение этих объектов  может привести не только к  необходимости выполнения дорогостоящих восстановительных работ, но  и  к  возможной техногенной катастрофе. Взрыв одного  суднагазовоза или атомного ледокола или  атомной подводной лодки (ПЛ) эквивалентен взрыву атомной бомбы. Примем к  сведению, что ПЛ и  подводные аппараты США выполняли операции  по  подъему со  дна остатков ракетных  стрельб, проводимых кораблями СССР,  осуществляли подключение к  подводным  кабелям звукоподводной связи [1].

Подводная среда — самая незащищенная  среда от  терроризма. В  настоящее время  поражающие факторы могут быть принесены морскими подводными объектами  (МПО) — ПЛ, подводными пловцами  (аквалангистами) и  подводными роботами, которые могут быть выпущены  с кораблей, судов, ПЛ и др. Шумность морских подводных объектов (МПО) в  настоящее время существенно снижена. Основным средством  обнаружения и  классификации МПО  являются гидролокационные станции  (ГЛС). Однако гидролокационное поле  формируется в результате не только отражения зондирующих импульсов от  МПО,  но и рассеяния на границах морской среды  (взволнованной поверхности моря, дне,  рыбных скоплениях,  льдинах и  др.). Для  исключения большинства мешающих  рассеянных сигналов, так называемых реверберационных помех, современные  гидролокационные станции (ГЛС) выделяют сигналы только от  движущихся  целей. Но  поверхность моря колеблется  со скоростью до 1 узла, рыбные скопления  идут до  3  узлов и  более, а  аквалангисты  без специальных средств передвижения  идут с  максимальной скоростью до  0,6 ÷  0,8  узлов, МПО могут зависать в  водной  среде, добиваясь нулевой скорости. Таким образом, практически исключается обнаружение целей, идущих с  малой  скоростью и  неподвижных относительно  границ водной среды, в скрытных режимах  движения:

— вблизи взволнованной поверхности  моря;

— вблизи дна и залегающих на дне;

— на фоне рыбных скоплений;

— под днищем проходящего судна или  под его кильватерным следом;

— в реках;

— в  водозаборных и  водоотводных  сооружениях электростанций.

Таким образом МПО совершенно безопасно может идти в  скрытном режиме  со  скоростью надводного корабля или  судна под кильватерным следом. ГЛС могут давать ложную тревогу: — при прохождении крупных рыб  и рыбных скоплений; — при прохождении бревен,  мусора, льдин и др. Эта проблема существует как при обнаружении крупномасштабных, так и малых  МПО, включая аквалангистов. Известно,  что обнаружение цели представляет собой  триединую задачу:

1. Обнаружение  сигналов  на фоне шумовых помех.

2. Измерение координат сигналов.

3. Классификация искомой цели. Разрешая данную проблему, классификацию целей необходимо выполнять  путем распознавания гидролокационных  сигналов от  МПО, идущих в  скрытных  режимах движения.

Уже разработаны методы, позволяющие распознавать гидролокационные сигналы, отраженные от  МПО на  фоне случайных реверберационных  помех, обусловленных рассеянием зондирующих импульсов на  взволнованной  поверхности моря, рыбных скоплениях, кильваторном следе. Проверено в морских  условиях распознавание гидролокационных сигналов от МПО (ПЛ и аквалангистов) на фоне поверхностной и объемной  (обусловленной рассеянием на  рыбных  косяках) реверберации. По результатам морских испытаний  показано, что вероятность правильного распознавания эхосигналов от  ПЛ  на фоне реверберационных помех по максимальному отклику согласованного  фильтра (Сф) — (реализуемого также  путем взаимно корреляционной обработки принимаемых сигналов с  копией  зондирующего импульса) значительно  меньше вероятности правильного распознавания, полученной по  методу между цикловой корреляционной обработки  (МКО) сигналов, разработанному автором  данной статьи. Например, по  отклику  СФ — вероятность правильного распознавания 68% (59–78) (рис.  1),

по  методу  МКО — 100% (94–100) (рис. 2)

(в скобках  указаны доверительные интервалы для  вероятностей правильного распознавания).

По  методу МКО был обработан  большой объем экспериментальных  данных, полученных во  время Атлантической экспедиции, Тихоокеанской,  но  главным образом Черноморских экспедиций. [2,3] Пример результата обработки данных  по  методу МКО при использовании  параметрического излучателя сигналов  с  линейной частотой модуляций (ЛЧМ),  представлен в  виде гистограмм максимальных значений корреляционных  функций R на  рис.  3 

для эхосигналов  от  аквалангиста и  поверхностной реверберации.

Из  рисунка 3  видно, что максимальные значения корреляционных  функций R для эхосигналов заметно  превышают эти значения R для поверхностной реверберации. Аналогичное  соотношение подтверждается для других  массивов данных. На основе метода МКО  возможно уверенно распознавать эхосигналы от  косяков мелких рыб и  аквалангиста, а  для распознавания эхосигналов  от косяков крупных рыб и одиночных рыб  требуется привлечение дополнительных  признаков.

Также разработаны методы распознавания гидролокационных сигналов  от  МПО на  фоне донной реверберации.  Как с предварительным эталонированием  отражений от дна, так и без предварительного эталонирования на  основе совокупности классификационных признаков,  характеризующих структуру отражающей  поверхности. На  рис.  4

приведен пример  распознавания гидролокационных сигналов от  аквалангиста вблизи дна при  эталонировании классификационных  признаков, выявляемых в  гидролокационных сигналах, отраженных от дна. Распознавание целей на основе оптимального  решающего правила по  совокупности  классификационных признаков выполнено с  вероятностью Р в  пределах следующих доверительных интервалов:

Аквалангист —  поверхность —  Р=  (100÷96)%;

Пловец —  поверхность —  Р=  (100÷90)%;

Аквалангист — рыбы — Р= (100÷95)%;

Дно — рыбы — Р= (100÷95)%;

Аквалангист — дно — Р= (100÷95)%.

Таким образом, на  основе совокупности признаков, возможно распознавать  гидролокационные сигналы от  аквалангиста и  дна без предварительного эталонирования отражений от  дна. В  морских условиях этот метод проверялся для  гидролокационных сигналов, отраженных  только от аквалангистов, но он применим  для распознавания гидролокационных  сигналов и от других МПО на фоне донной  реверберации. Эти методы применимы  также и для распознавания гидролокационных сигналов от  МПО на  фоне отражения от днища судна. Однако для распознавания гидролокационных сигналов от  мало-скоростных  и  неподвижных МПО на  фоне реверберационных помех требуется локализовать гидролокационные сигналы.  

Локализация выполняется с  помощью  временной и  (или) пространственной  селекции. Пространственная селекция  реализуется гидроакустической антенной, имеющей необходимую характеристику  направленности (например, с  помощью  гидролокатора бокового обзора). Разработан метод многоальтернативного распознавания по гидролокационным  сигналам от  тел сложной геометрической  формы (к которым относятся МПО — ПЛ,  мины и  др.) на  основе многомерных признаков, подчиняющихся произвольному  закону распределения и  имеющих переменную размерность (пример на  рис.  5).  

[2,4] Проверен при распознавании корпусов ПЛ разных проектов наиболее подробно в  условиях физического моделирования. Разработанное с  этой целью  оптимальное решающее правило (получившее положительный отзыв Математического института им. Академика В. А. Стеклова РАН) имеет широкое применение  для принятия решений по  совокупности  различных классификационных признаков  с произвольными законами распределения  и переменными размерностями. Например,  применимо в  системе комплексной обработки гидроакустической информации.

На эти работы получены положительные отзывы и  рекомендации  по  применению Военно-Морской академии им.  Адмирала флота Советского  Союза Н. Г. Кузнецова,  Председателя  совета по  гидрофизике РФ Академика  РАН Гапонова Грехова А. В., Заведующего  лабораторией статистических методов  Математического института им.  Академика В. А. Стеклова РАН Академика РАН  Ибрагимова И. А., Председателя Рабочей  группы при Президенте РАН по  анализу  риска и  проблемам безопасности Члена-корреспондента РАН Махутова Н. А., Радиотехнического управления ВМФ, Морского  Научного Комитета МО России, Генерального директора ОАО «Концерн «ЦНИИ  Электроприбор» Академика РАН Пешехонова В. Г., Главнокомандующего ВМФ  Адмирала Чиркова В. В. и др. В настоящее время в  ряде организаций ведутся научно-исследовательские  и  опытно-конструкторские работы, включающие распознавание гидролокационных  сигналов от  МПО, идущих в  скрытных  режимах движения.

Однако руководство  этих организаций из экономических соображений считает возможным не уделять  этой проблеме серьезного внимания,  хотя стоимость работ по  созданию такой  интеллектуальной системы распознавания  сигналов с  отработкой ее в  морских условиях составляет ~ 1÷2% от  общей стоимости ОКР. В то же время в странах НАТО  активно разрабатываются подводные  роботы, снабженные интеллектуальными  системами. Специалисты-подводники хорошо  знают скрытные режимы перемещения  (например, см.  фильм «Опустить перископ», США). Поэтому отсутствие  в системе обнаружения специального программного обеспечения по  обнаружению  МПО в  этих режимах может зачеркнуть  все затраты на  создание и  эксплуатацию  системы защиты подводной акватории  в целом.

Список литературы

1. Быков Е. А.,  Зыков Г. П.  «Разведывательные  операции американского подводного флота»  изд. «Галерея Принт». СПб. 2000 г.

2. Давыдов В. С. Распознавание  в  гидролокации. СПб: Изд. СПбГТЭУ «ЛЭТИ», Часть 1,  2013. 172 с. Часть 2, 2014. 190 с.

3. Давыдов В. С. Распознавание  гидролокационных сигналов от  морских подводных  объектов сложной формы, перемещающихся  в  скрытных режимах, на  фоне реверберационных помех. Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2011. Вып. 5. С. 34–43.

4. Давыдов В. С. Физико-математические  основы многоальтернативного распознавания  и идентификации гидролокационных полей тел  сложной геометрической формы. Успехи физических наук т. 178, № 11, 2008. С. 1215–1219.