STACJONARNY SYSTEM OBSERWACJI TERENU Realizacja, wdrożenie i wnioski z eksploatacji

Transkrypt

1 Ppłk dr inż. Przemysław MĄDRZYCKI - ITWL Ppłk dypl. mgr inż. Krzysztof BODZEK - DWLąd STACJONARNY SYSTEM OBSERWACJI TERENU Realizacja, wdrożenie i wnioski z eksploatacji Nasilające się ostrzały baz PKW Irak spowodowały podjęcie w 2004 roku w Dowództwie Wojsk Lądowych prac koncepcyjnych nad opracowaniem systemu zapewniającego prowadzenie obserwacji najbliższego otoczenia Bazy i wykrywania zagrożeń. Problemem tym zainteresowano Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych w Warszawie, który od lat zajmuje się tematyką systemów rozpoznania obrazowego. ITWL zorganizował seminarium naukowe, na którym przedstawiono możliwe do zastosowania rozwiązania techniczne oraz zdefiniowano wstępne założenia techniczne systemu: - Prowadzenie obserwacji w dzień i w nocy w każdych warunkach pogodowych; - Monitorowanie obszaru minimum 10x10 km; - Wykrywanie samochodu terenowego z odległości 5 km; - Określanie położenia obiektu; - Przekazywanie danych obrazowych do odbiorców; - Możliwość zmiany miejsca działania; - Stanowisko operatora zabudowane w kontenerze lub samochodzie; - Minimalne zaplecze logistyczne; - Zdolność do transportu drogą powietrzną. Podstawowym wymogiem realizacji miał być maksymalnie krótki czas opracowania oraz wykorzystanie elementów składowych już wdrożonych do eksploatacji w wojsku lub gotowych (COTS - Commercials of the Shelf).

2 2 System balonowy Najprostszym i najtańszym rozwiązaniem spełniającym postawione wymagania wydawał się być system wykorzystujący jako nośnik balon helowy. W sierpniu 2005 roku ITWL opracował i poddał badaniom demonstrator Balonowego Systemu Obserwacyjnego BUSKO, w skład którego wchodziły: - Balon helowy o objętości 50 m 3 ; - Układ wynoszenia i stabilizacji położenia balonu; - Głowica telewizyjna niestabilizowana; - Pulpit sterowania wraz z monitorem; - Kablowe łącze sterowania i przekazu obrazu. Badania prowadzono w ITWL w okresie oraz w trakcie pokazów w ramach Targów Uzbrojenia w Kielcach. Wyniki badań pozwoliły na wyciągnięcie wniosków dotyczących możliwości realizacji docelowego systemu oraz doboru poszczególnych komponentów składowych, spełniających poniższe wymagania: Głowica obserwacyjna W celu zapewnienia niezbędnych zasięgów i jakości zobrazowania niezbędne jest zastosowanie głowicy obserwacyjnej stabilizowanej o dokładności stabilizacji porównywalnej do głowic stosowanych w systemach rozpoznania powietrznego. Głowica powinna zawierać sensor termalny, telewizyjny oraz dalmierz laserowy. Ze względu na ograniczony udźwig balonu, głowica obserwacyjna powinna być lekka i wymagać jak najmniej czynności obsługowych. Odporność na czynniki atmosferyczne oraz niezawodność konstrukcji powinny umożliwiać nieprzerwaną eksploatację w długim przedziale czasu w trybie pracy 24 - godzinnej. Balon Analiza ciężarów dostępnych głowic obserwacyjnych pozwoliła na określenie minimalnej objętości balonu zdolnego do wyniesienia sensorów na określoną wysokość. W celu zapewnienia odpowiedniej siły nośnej oraz stabilnego położenia w powietrzu niezbędne byłoby zastosowanie balonu o objętości ok m 3. Balon powinien mieć konstrukcję szkieletową, wielokomorową. System przekazu obrazu Ze względu na konieczność maksymalnego ograniczenia ładunku użytecznego balonu przyjęto, iż najprostszym i najlżejszym rozwiązaniem układu przekazu obrazu

3 3 będzie łącze kablowe. Analizowane rozwiązania sposobów transmisji radiowej w praktyce okazywały się dużo cięższe ze względu na konieczność stosowania baterii akumulatorów lub dodatkowego zasilania z ziemi układów transmisyjnych. Fot. 1. Balonowy System Obserwacyjny podczas badań w ITWL Zebrane doświadczenia pozwoliły stwierdzić, iż opisana konstrukcja może spełnić postawione wymagania, ale jej rozwinięcie w warunkach irackich może stanowić duże wyzwanie dla służb logistycznych. Jednorazowe napełnienie balonu helem wymagałoby bowiem przetransportowania 250 butli o objętości 6 m 3. Ponadto tak duża konstrukcja balonu wymagałaby opracowania nowego systemu wynoszenia i stabilizacji oraz przeprowadzenia badań w kraju. W związku z powyższym balon jako nośnik systemu obserwacji dla potrzeb PKW Irak, ze względu na problemy logistyczne, został odrzucony.

4 4 System masztowy Poszukiwania odpowiedniego nośnika dla systemu obserwacji, prowadzone przez ITWL, doprowadziły zespół ITWL do masztu MM 36 opracowanego dla potrzeb radiolinii Sił Powietrznych. Do 2004 roku opracowano jedynie dwa egzemplarze masztu. Analiza konstrukcji oraz stabilności masztu potwierdziła możliwość jego zastosowania jako nośnika urządzeń obserwacyjnych. W grudniu 2004 roku ITWL przeprowadził integrację komponentów oraz wykonał badania demonstratora Masztowego Systemu Obserwacyjnego. W jego skład wchodziły: - Maszt mobilny MM- 36; - Kontener dowódczo - socjalny KDSoc; - Głowica obserwacyjna Star SAFIRE II FLIR; - Stanowisko operatora wraz z aplikacją programową. Fot. 2. Maszt MM- 36 z widocznymi elementami montażu anten radiolinii

5 5 Fot.3. Kontener KDSoc w stanie rozwiniętym Fot. 4. Głowica obserwacyjna Star SAFIRE II prowizorycznie zabudowana na ostatnim segmencie masztu Badania prowadzone w ITWL w warunkach dziennych, nocnych oraz trudnych warunkach pogodowych potwierdziły spełnianie przez demonstrator postawionych wymagań oraz przydatność konstrukcji do ochrony Baz PKW w Iraku. W trakcie pokazu z udziałem przedstawicieli DWLąd, DPZ i SG WP podjęto decyzję o opracowaniu przez Dowództwo ostatecznych Wymagań Taktyczno Technicznych dla Stacjonarnego Systemu Obserwacji Terenu.

6 6 Do najistotniejszych wymagań z uwagi na realizacjię projektu należały: - zapewnienie obserwacji terenu w warunkach dziennych i nocnych, w różnych porach roku i warunkach atmosferycznych; - czułość spektralna detektora termalnego 3 5 m; oraz zapewnienie: - rozpoznawania potencjalnego zagrożenia w odległości około 4 6km; - prowadzenia obserwacji w dzień i w nocy w każdych warunkach atmosferycznych w zakresie temperatur C; - zasięgu obserwacji nie mniej niż w odległości m; - dokładności obserwacji w odległości: o pojedynczego żołnierza m, o grupy ludzi m, o samochodu osobowo-terenowego m, o samochód ciężarowego m, - dokładności pomiaru odległości z błędem ± 15m. Przytoczone wymagania są oczywiście jedynie fragmentem ostatecznych WTT, ale najistotniejsze w kwestii doboru głowicy obserwacyjnej. Realizacja i wdrożenie Po analizie techniczno - ekonomicznej oraz podpisaniu umowy z Departamentem zaopatrywania MON, w lipcu 2005 roku przystąpiono do realizacji. Zgodnie z założeniami starano się, w jak największym stopniu, wykorzystać komponenty już eksploatowane lub charakteryzujące się parametrami potwierdzonymi badaniami. W skład opracowanego systemu weszły główne elementy składowe: Maszt mobilny MM 36 - wersja zmodernizowana dla potrzeb Systemu; Kontener KDSoc.03 wersja zmodernizowana dla potrzeb Systemu; Głowica obserwacyjna Sea FLIR III. Maszt mobilny MM 36 Maszt stanowi podstawę dla głowicy obserwacyjnej, która została zabudowana na jego szczycie. Wybór masztu był podyktowany jego wysokością (38 m), odpowiednią stabilnością oraz spełnieniem wymagań określonych w normach

7 7 NO-06-A stosowanych do urządzeń o zastosowaniach wojskowych. W maszcie opracowanym na potrzeby systemu zmieniono konstrukcję ostatniego segmentu, umożliwiając zabudowę głowicy obserwacyjnej. W konstrukcji podwozia masztu umieszczono urządzenia hydrauliczne, elektroenergetyczne, klimatyzacyjne oraz układy sterowania automatycznego. Fot. 5. Maszt mobilny MM 36 podczas integracji w ITWL Kontener KDSoc.03 W kontenerze wykonanym dla potrzeb systemu zabudowane zostało stanowisko operatora systemu oraz minimalne zaplecze socjalne umożliwiające odpoczynek w klimatyzowanym i ogrzewanym wnętrzu. Kontener jest wyposażony w urządzenia elektroenergetyczne zapewniające 24 - godzinną, nieprzerwaną pracę systemu w całkowitym oderwaniu od struktur logistycznych. Istotną właściwością kontenera (która wpłynęła na jego wybór) jest hydrauliczny system samorozładunku z układem poziomowania. Dzięki temu rozwiązaniu system może być rozwinięty bez konieczności stosowania ciężkiego sprzętu. Sposób zabudowy stanowiska operatora przedstawiono na fot. 7.

8 8 Fot. 6. Kontener KDSoc 03 z rozwiniętym masztem pneumatycznym podczas prac integracyjnych w ITWL Fot. 7. Stanowisko operatora systemu

9 9 Uwarunkowania wyboru głowicy obserwacyjnej Wybór głowicy obserwacyjnej był poprzedzony długą analizą uwzględniającą szereg czynników: finansowych, technicznych oraz organizacyjnych, jak np. czas dostawy przez poddostawcę oraz czas uzyskania zgody Departamentu Obrony państwa eksportera. Oprócz oczywistych aspektów związanych z kosztem urządzenia, zakresem pracy detektora termalnego oraz jego wielkością i czułością rzutujących na możliwości wykrywania, analizowano również ograniczenia związane z planowanym sposobem pracy głowicy. System miał pracować w trybie ciągłym, w strefie zagrożonej oddziaływaniem środków bojowych i w bardzo zróżnicowanych warunkach temperaturowych. W związku z powyższym pojawił się dylemat: - Czy wybrać głowicę z lepszym detektorem i optyką (w związku z tym większą) spełniającą wymagania zasięgów rozpoznania z zapasem, ale bardziej podatną na oddziaływanie przeciwnika ze względu na rozmiar? - Czy też zastosować głowicę mniejszą, z gorszym detektorem i optyką, dla której wymagane zasięgi wykrywania stanowią wartości graniczne, ale której rozmiary minimalizują możliwość ewentualnego ostrzału? Ostatecznie, po analizie, wybrano wariant drugi, świadomie decydując się na niższe parametry głowicy, ale dzięki temu zmniejszając prawdopodobieństwo ostrzału przez przeciwnika z broni ręcznej. Poprawność dokonanego wyboru potwierdziła się w trakcie prowadzenia negocjacji z potencjalnymi dostawcami głowic, którzy - słysząc o wymogu pracy w trybie ciągłym - zmniejszali drastycznie zakres parametru MTBF (średniego czasu pomiędzy uszkodzeniami) dla głowic większych, o lepszych parametrach technicznych. Argumentowano to szybszym zużywaniem się układów chłodzenia detektora termalnego. Wybór głowicy lepszej, większej skutkowałby więc wprowadzeniem istotnego ograniczenia w ciągłości funkcjonowania systemu oraz wydatnie zwiększyłby zakres niezbędnych obsług technicznych. Ostatecznie, po

10 10 analizie uwarunkowań finansowych, technicznych i organizacyjnych wybrano głowicę obserwacyjną Sea FLIR III. Głowica obserwacyjna Sea FLIR III Wybrana głowica wyposażona jest w następujące sensory i elementy: - kamerę telewizyjną; - kamerę termalną; - układ LLLCCD kamerę dzienną niskiego poziomu oświetlenia; - konwerter 1.8X w układzie sensora termalnego; - dalmierz laserowy; - układ stabilizacji; - układ śledzenia automatycznego; - układ obserwacji dookólnej i sektorowej; - interfejs komunikacyjny; - układ ogrzewania. Bardzo istotnymi cechami głowicy które miały istotny wpływ na jej wybór była możliwość nieprzerwanej pracy przez 24 godziny na dobę w długim przedziale czasu, niewielkie wymiary oraz odporność na oddziaływanie temperatur do 70 0 C.

11 11 Fot. 8. Głowica obserwacyjna Sea FLIR III Dane techniczne sensorów głowicy Kamera termalna Sensor Czułość spektralna Współczynnik ZOOM 320x240 pikseli InSb 3,4 5 m 10x, ciągły /18x Ogniskowa mm, f 7,4 Pola widzenia (H)x (V) w wąskim kącie widzenia (H)x9.1 0 (V) w szerokim kącie widzenia Kamera dzienna Typ kamery Kolorowa dzienna

12 12 Wielkość detektora Liczba pikseli detektora Rozdzielczość obrazu Czułość Pole widzenia ¼ ponad 470 linii 0,1 lux 48 0 (H) w szerokim kącie widzenia (H)) w wąskim kącie widzenia System został poddany badaniom zdawczo - odbiorczym oraz po przeszkoleniu personelu użytkownika przekazany do eksploatacji. Rozwinięcie w Iraku Po blisko pięciomiesięcznym oczekiwaniu i długotrwałych, bezskutecznych negocjacjach ze stroną amerykańską, dotyczących przerzutu drogą powietrzną, system został przetransportowany do Iraku drogą morską. W dniu roku pod nadzorem przedstawicieli ITWL i DWLąd. został sprawdzony i uruchomiony w bazie Echo. Po określeniu rejonu odpowiedzialności, rejonów szczególnego zainteresowania oraz uzgodnieniu zasad dowodzenia i kierowania od r. system został formalnie włączony do struktury sił ochrony Bazy (Force Protection) jako posterunek obserwacyjny (Obserwation Post) realizujący zadania: - Prowadzenie obserwacji zgodnie z poleceniami otrzymanymi z TOC; - Okresowe monitorowanie rejonów szczególnego zainteresowania; - Monitorowanie przemieszczania się osób i pojazdów; - Wykrywanie skupisk ludzkich, szczególnie w porach nocnych; - Wykrywanie i monitorowanie ruchów pojazdów ciężarowo-osobowych pojawiających się w rejonach szczególnego zainteresowania; - Okresowe (rzadziej niż rejony szczególnego zainteresowania) monitorowanie całego otoczenia Bazy w zakresie widzialności; - Monitorowanie tras, po których poruszają się (będą się poruszać) patrole, konwoje itp.;

13 13 - Wykrywanie miejsc upadku pocisków na terenie Bazy w ramach wsparcia akcji ratunkowej, - Meldowanie do TOC o wykrytych obiektach lub zjawiskach. Fot. 9. Stacjonarny System Obserwacji Terenu rozwinięty w bazie ECHO

14 14 Fot.10. Rejon odpowiedzialności Stacjonarnego Systemu Obserwacji Terenu Do zapewnienia łączności z TOC oraz innymi elementami systemu ochrony wykorzystano łączność telefoniczną : STORCZYK, DGT i łącze bezpośrednie do TOC oraz radiostację UKF TRC Dzięki temu operator systemu ma możliwość szybkiego przekazania informacji o wykrytym zagrożeniu do TOC oraz na posterunki ochrony przy bramach: północnej i południowej. W okresie od stycznia do kwietnia 2007 roku system pracował 3000 godzin w trybie obserwacji ciągłej. W związku z atakami na Bazę liczba wykrytych i monitorowanych obiektów rośnie. Obecnie operatorzy systemu przekazują dziennie średnio 5 meldunków o podejrzanych obiektach znajdujących się w rejonie odpowiedzialności. Na szczęście większość meldunków dotyczy przypadkowych samochodów terenowych kierowanych przez ludność miejscową. Wykrywane są jednak ewidentne przykłady obserwowania Bazy, szczególnie w okresach wyjazdu konwoju poza teren chroniony.

15 15 Możliwości systemu wykorzystywane są coraz efektywniej, w dużej mierze dzięki zaznajomieniu się szerszego grona użytkowników ze stosowanym sposobem obserwacji i stawianiu operatorom nowych zadań. Nowe wymagania stawiane są również producentowi systemu. Na wniosek użytkowników w marcu 2007 r. ITWL przeprowadził badania możliwości przekazu sygnału wizyjnego ze stanowiska operatora do TOC. Do tego celu użyto przemysłowy układ transmisji, którego cześć odbiorczą, w sposób prowizoryczny, zabudowano przy TOC. Część nadawcza układu została zabudowana na maszcie pneumatycznym wchodzącym w skład ukompletowania kontenera. Wyniki przeprowadzonych badań potwierdziły możliwość zastosowania takiego układu oraz jego dużą przydatność dla personelu TOC. Dzięki zobrazowaniu na wynośnym monitorze w TOC można prowadzić obserwację równolegle z operatorem systemu. Upraszcza to w istotny sposób informowanie oficerów TOC o wykrytym obiekcie. Operator systemu po prostu informuje o zjawisku i wizualizuje go na monitorze TOC. Pozytywne efekty zastosowania układu transmisji spowodowały zwrócenie się do ITWL z prośbą o pozostawienie układu badawczego do dalszej eksploatacji w Bazie. Fot. 11. Część nadawcza badanego układu transmisji

16 16 Fot. 12. Część odbiorcza badanego układu transmisji zabudowana przy TOC Wnioski Na podstawie dotychczasowej eksploatacji Stacjonarnego Systemu Obserwacji Terenu w Bazie Echo można wyciągnąć następujące wnioski: 1. System został włączony do struktury ochrony Bazy i jest efektywnie użytkowany zgodnie ze swoim przeznaczeniem. 2. Zastosowanie systemu w istotny sposób wpływa na zwiększenie możliwości monitorowania rejonów szczególnego zainteresowania i wykrywania zagrożeń.

17 17 3. Uzyskane praktyczne zasięgi obserwacji są uzależnione od wielu czynników zewnętrznych, takich jak: ukształtowanie terenu, przejrzystość powietrza, opady, burze piaskowe itp. W otwartym terenie system umożliwia prowadzenie obserwacji i wykrywanie zagrożeń na odległościach zgodnych z wymaganymi. 4. Wybór miejsca rozwinięcia systemu powinien być poprzedzony analizą: - dotychczasowego sposobu działania przeciwnika (czas ataków, kierunek ostrzału, użyte środki bojowe, użyte środki transportu, kierunek przemieszczania się po wykonaniu ataku itp.); - występowania obiektów terenowych mogących stanowić naturalną osłonę dla przeciwnika; - rozległości rejonu odpowiedzialności; - występowania miejsc dogodnych do przygotowania ataku; - możliwości informowania i wystąpieniu zagrożenia; Miejsce rozwinięcia powinno zapewnić maksymalne wykorzystanie możliwości prowadzenia obserwacji rejonów szczególnego zainteresowania. 5. Kolejni użytkownicy systemu powinni być szkoleni przez producenta systemu na identycznych zasadach, jak pierwsze dwie obsady, tzn. oprócz zasad eksploatacji i użytkowania urządzeń powinni uzyskać wiedzę z zakresu zasad interpretacji zobrazowań termalnych, podstaw optyki, fizyki oraz zasad działania współczesnych systemów obserwacyjnych 6. Dotychczasowy okres eksploatacji pozwala na zdefiniowanie możliwości niezbędnego rozwoju systemu poprzez zastosowanie: - docelowego układu przekazu obrazu ze stanowiska operatora systemu do TOC; - integracji głowicy obserwacyjnej z akustycznym systemem lokalizacji strzelca i strzału; - integracji głowicy obserwacyjnej z radarem pola walki stosowanym do ochrony Bazy; - systemu oczyszczania optyki głowicy bez potrzeby opuszczania masztu.

18 18 Literatura [1] Sprawozdanie z prezentacji Systemu Obserwacji Terenu. Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych, WARSZAWA 2004, Nr BT ITWL 1893/5. [2] Integracja i badania systemu obserwacji terenu. Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych, WARSZAWA 2004, Nr BT ITWL 1897/5. [3] System ochrony bazy. Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych, WARSZAWA , Materiały z seminarium. [4] Sprawozdanie z prac wdrożeniowych Stacjonarnego Systemu Obserwacji Terenu w Bazie ECHO Divaniyah. Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych [5] Fotografie ze zbiorów Autorów