Системы охраны и защиты акватории представляют собой комплекс технических средств и систем для подводного и надводного обнаружения судов различных размеров, пловцов- диверсантов, а также, в зависимости от типа акватории и поставленной задачи- беспилотных летательных (БПЛА) и беспилотных подводных аппаратов (БПА).

     Реализация задач по охране акватории может быть продиктована как желанием заказчика таких работ предотвратить возможность несанкционированного проникновения на его объект с акватории моря или реки, минуя береговые посты охраны, так и законодательными требованиями по безопасности для определенных объектов, например:

• для объектов топливно-энергетического комплекса такие требования определяются Постановлением Правительства РФ от 05.05.2012 № 458;
• для объектов транспортной инфраструктуры морского и речного транспорта -  Постановлением Правительства РФ от 10 октября 2020 г. № 1651.

При построении систем защиты акватории применяются активные и пассивные технические средства, такие как:

• сканирующие тепловизоры кругового обзора серии ОТКО и НТКО;
• гидроакустические станций серии СОПП;
• радиолокационные станций (РЛС);
• стационарные и поворотные видеокамеры и тепловизоры;
• магнитометрические средства обнаружения подводных пловцов;
• средства надводного, подводного оповещения и нелетального воздействия;
• инженерно-технические средства охраны (ИТСО);
• силы оперативного реагирования.

     Далее по тексту будем исходить из того, что соответствующие нормативные документы, такие как оценки уязвимости, паспорта и/или планы охраны и т.д. разработаны, а сектора наблюдения и типы нарушителей определены.

     При решении задач по обнаружению объектов на большой площади, такой как акватория, целесообразно исходить из того, что:

1. Необходимо обнаружить объект (нарушителя) до его проникновения в сектор наблюдения, т.е. в охраняемую акваторию, поскольку в противном случае уже произошло нарушение охраны и требуется немедленное реагирование для устранения возникающих угроз с последующим анализом происшествия;
2. Соответственно для недопущения нарушения необходимо использовать оборудование, которое «видит за пределы» охраняемой акватории, а также программное обеспечение, способное предсказать время и место нарушения исходя из параметров движения нарушителя для предотвращения нарушения и оперативного реагирования;
3. Важно одновременно отслеживать и записывать действия всех объектов на границе охраняемой акватории хотя-бы раз в 1-2 секунды, поскольку многолетняя практика показывает, что нарушения часто происходят именно в том месте, куда в этот момент «не смотрит» ни одна оптическая система обнаружения или на акватории происходит сразу несколько нарушений.

     Не всегда эффективно перекрывать акваторию только одним средством обнаружения, поскольку у каждого физического метода обнаружения есть свои преимущества и недостатки.  Также возможны проблемы при использовании нескольких средств обнаружения, завязанных на одну ключевую систему, например РЛС с целеуказанием и поворотный тепловизор, поскольку при выходе их строя РЛС, тепловизор переходит в ручной режим работы, а найти, идентифицировать и записать действия одного или нескольких нарушителей на обширной акватории в ручной режиме является непосильной задачей для любого оператора.

Охрана надводной части акватории (порт)

     При организации охраны надводной части акватории необходимо исходить из условий поставленной задачи, типов нарушителя и экономического обоснования применения определенного типа решения.

     Для примера предположим, что у нас на акватории, принадлежащей территории порта, находятся:

• 6 судов на якорных стоянках;
• 4 судна у причалов в разных частях порта;
• 2 судна в движении;
• резиновая лодка с подвесным мотором с 2 нарушителями;
• резиновая лодка с рыбаком;
• беспилотный летательный аппарат (БЛА), запущенный с территории рядом с портом.

     Допустим, что сама акватория простирается на 5 км от предполагаемого места установки оборудования, соответственно необходимо перекрыть 5 км в секторе 180°.

     Ситуация вполне стандартная для средних портов и даже слегка упрощена, поскольку только судов обеспечения на в портах обычно стоят десятки штук, например на фотографии порта ниже находятся более 40 судов:

Рис .1 - Общий вид порта

    Типовое, но не очень эффективное решение- ставим РЛС миллиметрового или сантиметрового диапазона, 1 поворотный тепловизор с камерой (оптико-электронный комплекс).

     В этом случае мы обнаруживаем цель с помощью РЛС, берём на сопровождение и ведём цель оптико-электронным комплексом.

    Всё работает хорошо до тех пор, пока цель одна. Однако, если затем на радаре появляются дополнительные цели, то система уже не понимает за какой из них следить, перекладывая тем самым решение на оператора, а в случае необходимости перехвата нескольких целей система становится бесполезной и ограниченной в функционале. Также по точкам на радаре не всегда понятно, что это за цель - стоячее судно или отражение от причала и, если это судно, то какое?

    Поэтому необходимо устанавливать более современные программно-аппаратные комплексы, которые способны фильтровать цели по поведению, а для их идентификации использовать данные, например, АИС.

    Для обеспечения предварительной (довизуальной) идентификации целей вопросы интеграции с АИС часто стараются решить путем включения всей системы обеспечения безопасности акватории в Систему Управления Движением Судов (СУДС). Однако, при этом возникают следующие существенные проблемы:

• поскольку частоты ограничены и жёстко распределены в портах, часто не получается согласовать с Радиочастотным центром выделение дополнительных частот для новой РЛС, поэтому приходится отказываться от установки РЛС и использовать для целеуказания уже имеющиеся РЛС из СУДС. Однако, эти РЛС не предназначены для обнаружения воздушных целей, имеют своё фиксированное место установки и дальность обнаружения, которая может не совпадать с границами акватории, а также не способны видеть резиновые лодки на требуемом расстоянии из-за поглощения резиной излучаемого радиолокационного импульса;
• установка новой РЛС (в случае наличия свободных частот) также не позволяет работать с целями типа «резиновая лодка» на большом расстоянии в виду поглащения резиновым покрытием радиосигнала;
• при выходе из строя РЛС (новой или входящей в СУДС) оптико-электронная система, как было описано выше, начинает работать только в ручном режиме и вероятность обнаружения цели оператором при этом значительно снижается. При этом наработка на отказ РЛС часто составляет 3000-10000 часов;
• на практике почти любая морская РЛС и оптико-электронный комплекс не предназначены и не способны работать с воздушными целями (а большинство портов и объектов критической инфраструктуры являются зонами ограниченными или запретными для полётов) и в случае обнаружения нарушений не способны навести на цель, поскольку скорость кругового сканировании таких РЛС мала по сравнению с скоростью БПЛА, а сектор излучения направлен на водную поверхность;
• наблюдение и отслеживание быстроходных лодок в непосредственной близости к РЛС или тепловизору приводит к потери цели в связи с недостаточной скоростью сканирования и малым углом их обзора в 1-3°.

      Решением проблемы по обеспечению надводного наблюдения за несколькими целями является установка нескольких оптико-электронных комплексов, систем оптического захвата целей, применение воздушной РЛС и развёртывание системы АЗН-В (Автоматическое Зависимое Наблюдение в режиме Вещания). Однако, в большинстве случаев стоимость такой системы значительно превышает заложенный для проекта бюджет и не реализуется  заказчиком.

Базовое решение

    В качестве базового но не оптимального решения для указанных выше проблем стоит использовать тепловизор кругового обзора (НТКО или ОТКО) для обнаружения сканирования всей территории в 360 градусов 1 раз в секунду, подключая к нему АИС и АЗН-В модули.

Рис. 2 - Акватория порта, рабочий экран ПО «Циклоп» для ОТКО и НТКО

     Это решение позволяет:

• просматривать всю акваторию порта 1 раз в секунду, отслеживая неограниченное количество объектов на акватории;
• обеспечивать параллельное панорамное сканирование в оптическом и тепловом диапазоне;
• обнаруживать надводные и воздушные объекты;
• идентифицировать надводные и воздушные объекты по собственным АИС и АЗН-В модулям;
• идентифицировать нераспознанные АИС и АЗН-В объекты по модели поведения или через нейронную сеть НТКО или ОТКО;
• записывать действия на всей акватории и информацию с АИС (название судно, груз, IMO, скорость, осадка и пр.) и АЗН-В (рейс, высота полёта и пр.).

     Также, поскольку система имеет круговой обзор (360°), но способна отключать ненужные сектора, она позволяет без дополнительных расходов обнаруживать другие нарушения на акватории и вне её, такие как:

• разлив нефти, выброс мусора, несоблюдения скоростного режима, запись столкновения судов;
• ловля рыбы с причалов, погрузка контрабанды, несчастные случаи на причалах, ДТП на территории порта, незаконное проникновение в местах отсутствия видеокамер и т.д.

Рис. 3- Одновременная работ ОТКО в порту (акватория, причал и западный скоростной диаметр)

Но и описанная выше система имеет ряд недостатков:

1. При установке охлаждаемого тепловизора кругового обзора (ОТКО) требуется регулярное прохождение технического обслуживания по замене системы охлаждения (примерно через каждые 20 000 часов), что приводит к отключению системы на продолжительное время и требует наличия подменной или резервной системы. 
2. При ухудшении оптической проницаемости среды (снег, град, дождь) дальность обнаружения оптического и тепловизионного каналов снижаются, поэтому следует предусмотреть наличие канала с другим принципом обнаружения целей, например РЛС.

     Поэтому для небольших акваторий целесообразно использовать неохлаждаемые тепловизоры кругового обзора, как предлагается ниже. Это предложение не исключает применение охлаждаемых тепловизоров для акваторий, дальность обнаружения на которых должна быть больше 5-7 км, поскольку любой неохлаждаемый тепловизор с любой оптикой из-за низкой температурной чувствительности на таком расстоянии уже не способен уловить различие температур и даже при оптимальных погодных условиях видит только «дымку».

Оптимальное решение

    Для небольшой акватории целесообразно использовать следующую систему:

1. Неохлаждаемый тепловизор кругового обзора (НТКО) с модулями АИС, РЛС, PTZ и АЗН-В и скоростью сканирования в 720°/сек.
2. Резервную РЛС миллиметрового или сантиметрового диапазона (в зависимости от расчётных погодных условий, размера целей и дальностей) с интеграций через модуль РЛС для взаимного обмена целями с РЛС. При этом стоит отдавать предпочтение РЛС с широким вертикальным углом обзора для работы по надводным и воздушным целям.
3. Интеграцию с СУДС и передачей информации с НТКО в РЛС (изображение и целеуказание каждого судна от НТКО в реальном времени операторам СУДС), а также  РЛС целей в НТКО для многодиапазонного подтверждения цели.
4. Подключение к НТКО дополнительных сетевых камер на территории порта через PTZ модуль для возможности наведения камеры на цели для идентификации, например, людей на берегу;
5. Нейронный сервер НТКО и «Гипервизор» для идентификации нераспознанных объектов по поведению/силуэту и работы нескольких НТКО на одной протяжённой акватории, где одного НТКО недостаточно.

Указанное выше решение:

• является оптимальным с точки зрения эффективности обнаружения надводных и воздушных нарушителей;
• значительно дешевле установки нескольких оптико-электронных систем;
• дает дополнительный функционал для операторов СУДС и транспортной безопасности порта;
• не требует дополнительных согласований частов в случае, если сопрягается уже с имеющейся РЛС;
• имеет минимальную стоимость обслуживания по сравнению с РЛС с несколькими оптико-электронными системами и большой срок службы (около 15 лет для НТКО).

Охрана надводной части акватории (ГЭС и ГРЭС)

    Для охраны надводной части акватории ГЭС и ГРЭС применяется тот же принцип, что и для акватории порта, но со следующими отличиями:

1. Количество судов на такой акватории обычно гораздо меньше;
2. Требуется обеспечить обнаружение на небольших дистанциях, обычно 300 - 500 м;
3. Не требуется интеграция с СУДС;
4. Часто с такой акватории имеется прямой выход в лес или в иную не просматриваемую местность;
5. Зоны над ГЭС и ГРЭС ограничены для полёта службой охраны, но не внесены разработчиками дронов в собственные карты, как некоторые крупные морские порты.

Для обнаружения целей в нижнем и верхнем бьефе (НБ и ВБ) предлагается следующая система:

1. Неохлаждаемый тепловизор кругового обзора (НТКО) с модулями РЛС, PTZ и АЗН-В и скоростью сканирования в 720°/сек или его более дешевый тепловизор НТКО-М;
2. Резервная РЛС миллиметрового или сантиметрового диапазона (в зависимости от расчётных погодных условий и дальностью действия в 1-2 км) с интеграций через РЛС модуль для взаимного обмена целями с РЛС. При этом стоит отдавать предпочтение РЛС с широким вертикальным углом обзора для работы по надводным и воздушным целям.

Такое решение позволяет перекрыть НБ и ВБ одним устройством, обеспечив также:

• просмотр всей акватории ВБ и НБ 3 раза в секунду;
• отслеживание и запись неограниченного количества объектов на акватории;
• параллельное панорамное сканирование в оптическом и тепловом диапазоне;
• обнаружение надводных и воздушных объектов;
• наблюдение за проходом на ГЭС/ ГРЭС по дамбе и подъездам по дороге;
• контроль у урезов воды;
• обзор лесного массива для обнаружения нарушителей, пробирающихся к ГЭС/ ГРЭС (в пределах прохождения тепловизионного луча).

Охрана подводной части акватории

    Для охраны подводной части акватории, рекомендуется использовать многоуровневую систему охраны, включающую в себя гидроакустические станции (ГАС), магнитометрические средства подводного обнаружения и инженерные средства охраны.

    При построении подводных рубежей охраны акватории следует, в первую очередь, как и в надводной её части, определиться с типом нарушителей.

Как правило, это:

• одиночный нарушитель в открытом/закрытом акваланге;
• групповой нарушитель в отрытом/закрытом акваланге;
• одиночный/групповой нарушитель на подводном средстве передвижения (ПСП);
• беспилотный подводный аппарат (БПА).

Обнаружение на открытой воде при средних и больших глубинах (порты, верхние бьефы ГЭС/ГРЭС и плотины)

     Для обнаружения указанных выше нарушителей наиболее часто используют акустический метод обнаружения, который работает по аналогии с РЛС: станция излучает сигнал в интересующую область и принимает и обрабатывает полученные отражения. Этот метод имеет целый ряд ограничений, позволяющий использовать его только при определенных обстоятельствах.

    В качестве примера представим, что мы поставили РЛС в огромный склад с рифлёной крышей, неровным полом, кучей коробок и большим количеством голубей, живучих там. Соответственно при излучении мы получаем отражение от всех этих предметов, а крыша при этом шатается от ветра и постоянно меняет форму так, что отражения каждый раз разные, и создаваемые переотражения тоже. При этом по складу идёт работник, который кроме собственного прямого отражения переотражаетя ещё от пола, крыши, голубей и коробок абсолютно непредсказуемо и при этом периодически не виден из-за коробок.

    Эта проблема в целом называется реверберацией, а помимо неё есть ещё интерференция и рефракция акустических волн. Также у нарушителя имеется возможность стать менее заметным, надев, например, неопреновый костюм. 

    Наглядное представление о реверберации на акватории показано на рис 4:

Рис. 4 - Ревербирация на акватории

    Решений данной проблемы, в принципе, несколько: фильтрация/ дополнительная обработка полученных сигналов, подготовка (чистка) дна в секторе работы ГАС или направление излучения в такие места, где реверберация будет минимальной.

   Фильтрация и дополнительная многоступенчатая обработка должная быть реализована производителем гидроакустической станции, однако при проектировании и монтаже гидроакустического оборудования надо понимать, что отражённый и переотраженный сигнал ничем не отличаются от реального сигнала от нарушителя и эти сигналы могут быть отфильтрованы и сглажены лишь частично. Поэтому всегда следует:

•  устанавливать акустику только на глубине и в местах, где отражений от поверхности не будет или они будут минимальными;
• учесть, что если установка не происходит на «идеальной» акватории, то всегда на ней будут слепые зоны (за объектами) и зоны неуверенного приёма (зоны, где отражения и переотражения значительно превышают отражения от нарушителя);
• работать акустическим методом только на глубинах, глубже минимально установленных производителем, понимая при этом, что оптимальная дальность и вероятность обнаружения будет обеспечиваться только при определенных условиях, обычно отличных от минимально допустимых.

     Исходя из вышесказанного можно констатировать, что для обнаружения нарушителя гидроакустическим методом необходимо:

1. Соблюдать минимальную глубину установки ГАС, это обычно >4-6 м;
2. Избегать установки её на акватории с неровным дном, мусором и т.д.;
3. До установки выполнять необходимые обследования дна (гидрологические, шумовые, водолазные) в предполагаемом месте установки и секторе излучения ГАС;
4. Заранее определять слепые зоны и зоны неуверенного приёма и возможность использовании гидроакустического метода для решения поставленной задачи в целом;
5. Рассчитывать на то, что, как правило, вероятность обнаружения гидроакустическим методом задаётся при проектировании системы и составляет около 90%.

   Для работы на акваториях со средними или большими глубинами без ограничения по бокам рекомендуется использовать круговые станции типа СОПП-М или секторные типа СОПП. Эти станции имеют максимальное количество фильтров и 12-ти ступенчатую математическую обработку с целью:

• снижения уровня реверберационных помех путём излучения и приёма в определённую область над дном и под волной, причём эта область настраивается оператором;
• фильтрации шумов и переотражений по частотам и за счет излучения и приема сложной последовательности сигналов, которая претерпевает изменения при нескольких переотражениях;
• накопления и обработки всех отражений от цели по дальности, интенсивности и использования поведенческой модели, позволяющей отличить переотражённые статические предметы от характерных черт и поведения водолаза.

    Эти особенности позволяют им работать при наличии умеренных и средних ревербераций и неровностях/захламлённостях дна.

 Работа на мелководье и в каналах

     Для повышения вероятности обнаружения, а также в местах, где использование круговых и секторных ГАС (типа СОПП и СОПП-М) невозможно или сильно затруднено (например: на мелководье в 1-5 м, в каналах, где отражение от стенок может полностью заглушить работу, в местах, где требуется перекрыть всего узкую полосу) можно использовать СОПП-К и/или магнитометрической метод работы.

    Преимущество СОПП-К над другими ГАС серии СОПП заключается в узко излучаемом и узко-принимаемом секторе в 12° (на 200 кГц), который может максимально увеличить расстояние до попадания излучаемого сигнала в стены, дно и волны, что позволяет сократить переотражения. Эта особенность, а также похожая с СОПП и СОПП-М математическая обработка (см. выше) позволяет использовать такое оборудование на сверхмалых глубинах от 2 м. К недостатку такого решения следует отнести тот факт, что для перекрытия большой площади на малых глубинах необходимо устанавливать несколько станций.

    Для перекрытия каналов, а также мест со сверхмалой глубиной или сильными неровностями дна, иногда использую магнитометрические системы обнаружения. Их принцип работы в отличие от гидроакустики заключается в анализе изменения магнитного поля вокруг чувствительного кабеля, проложенного под водой. К изменению магнитного поля приводит наличие ферромагнетиков в оборудовании подводного нарушителя (баллоны, грузы, фонари, оружие и т.д.). Чувствительный кабель прокладывается в виде петель вдоль рубежа обнаружения и при появлении над ним ферромагнетиков магнитное поле изменяется, а система регистрирует на его изменения и выдаёт тревогу.

    Система достаточно простая, многие помехи и реверберации на неё не влияют, однако, и у нее есть ряд существенных недостатков и ограничений:

1. Ограничение по длине подводного кабеля в 300-500 м и специфический способ его прокладки  (шлейфами) приводят к тому, что крайняя точка обнаружения будет находиться на расстоянии 100-200 м от берега;
2. Ограничение по точности обнаружения заключается в том, что система по своей сути рубежная, т.е. при появлении над рубежом (в 150 м и шириной 5 м) система выдаст тревогу, но где конкретно на этом рубеже находится нарушитель она сообщить не сможет;
3. Ограничение по идентификации нарушителя- система может сообщить об изменении магнитного поля над кабелем, не уточняя при этом конкретные характеристики объекта, такие как количество нарушителей, скорость, размеры, тип и т.д.
4. Существует возможность преодоления такой системы путём резкого снижения массы ферромагнетиков у нарушителя, что очень легко делается с применение композитного оборудования или БПА на базе немагнитных материалов.
5. Необходимость монтажа подводного кабеля витками определенных размеров и на определенном расстоянии друг от друга значительно повышает стоимость подводных монтажных работ по сравнению с ГАС.

   Исходя из сказанного выше можно сделать вывод, что в настоящее время не существует универсального и оптимального метода для мелководья и каналов. В зависимости от дальностей, глубин, расположения и пр. необходимо выбирать один или методов, а иногда комбинировать их.

 Работа в нижнем бьефе ГЭС/ГРЭС и плотин

    Существуют случаи, когда использование гидроакустического метода не представляется возможным, например, когда течение из ламинарного становится турбулентным и в нем появляются пузырьки воздуха, связанные с перемешиванием и кавитацией. Это явление всегда наблюдается возле водосброса и в зависимости от перепада высот, объёма воды и пр. часто простираясь при этом на 1500-3000 м после самого водосброса. Все пузырьки, а также поднимаемый со дна песок приводят к значительным изменениям при отражении акустических волн.

    В таких случаях следует реально оценивать возможности подводного нарушителя исходя из того, что скорость водолаза составляет 0,3-0,4 м/с, скорость его на подводном средстве доставке до 3 м/с, как и средняя скорость БПА.

     В случае, если принимается решение об установке системы не на дальних рубежах, а всё-таки ближе к водосбросу, то следует обратить внимание на следующие технические решения:

1. Магнитометрический метод, в случае если монтаж и обслуживание оборудования возможно;
2. Рубежный метод на просвет акватории, о котором мы расскажем в следующих статьях.

    Также на практике высокую эффективность показало решение о выносе круговой гидроакустики станции типа СОПП-М далеко за пределы турбулентного течения, установки подводных ограждений ближе к водосбросу и перекрытия надводной части с помочью НТКО.

    В этом случае пловец обнаруживается за долго до приближения к водосбросу, его удержание на границе обеспечивается инженерным средством, а попытка преодоления подводного инженерного средства по суше моментально попадает в объектив неохлаждаемого тепловизора кругового обзора.

Дополнительная информация и продукция:

1. Охлаждаемый тепловизор кругового обзора (ОТКО);
2. Неохлаждаемый тепловизор кругового обзора (НТКО);
3. Системы обнаружения подводных пловцов (СОПП).