VMK Defense

Оптико-электронная ПВО, которую можно ставить в строй

Дешёвая воздушная угроза уже выиграла войну цен. Дрон-камикадзе или низколетящий аппарат класса крылатой ракеты стоит долю радара, ракеты и расчёта, которые должны его остановить. Оборона по-прежнему отвечает системами для другой войны: редкими сенсорами, дефицитными перехватчиками и позициями, которые не могут быть везде, куда долетает угроза.

VMK Defense — оптико-электронный комплекс ПВО. Головка сенсора осматривает сектор, берёт один объект и удерживает сопровождение в ближнем инфракрасном диапазоне. Управление огнём стреляет по этой трассе. Цикл обучения держит модель зрения актуальной, когда появляются новые аппараты. Это один конвейер, а не три продукта, скреплённые вместе, и позиция стоит столько, чтобы её можно было повторять.

Головка сенсора

Камеры делают то, с чем широкий радар плохо справляется на малой дальности. Обзорный канал закрывает сектор. Узкий канал остаётся на объекте, когда тот найден. Стереопара даёт трассе дальность. Обнаружение и сопровождение идут на бортовом компьютере рядом с мачтой.

Радар по-прежнему нужен, но у него слепые зоны, с которыми расчёты уже живут: помехи от земли, малая высота, насыщение и цена, из-за которой серьёзное прикрытие есть лишь на коротком списке позиций. Малый аппарат на фоне неба, даже тёмного, — зрительная задача. Ночная съёмка, сектор поиска и жёсткая камера сопровождения держат объект, который широкий луч только подсказывает.

Трасса из картинки

Трекер работает только по изображению. Он не начинает с заранее известного типа. Поиск находит кандидата в секторе, а более близкий взгляд его удерживает. Детектор подтверждает, что форма воздушная и относится к известному типу, и трасса должна и дальше совпадать с движением в кадрах. Блики, крыши и другие неподвижные объекты отбрасываются, пока трасса крепнет. Когда она устойчива, оператор получает тип. Ложную трассу можно пометить как ложную, и эта пометка сохраняется.

Пульт оператора с захваченной трассой: обзорный и узкий каналы, стереопара и сектор на карте с севером сверху.

Пульт остаётся небольшим: сектор, видеопотоки, состояние трассы и решение стрелять или сбросить. Камера, которая рисует рамку на экране, — это демонстрация. Система, которая проходит путь от поиска к удержанному взгляду и к трассе, по которой может работать средство поражения, — это изделие. Оператору нужно знать, картина это здания, птицы, всплеска блика или чего-то, что действительно летит по траектории, и ответ нужен, пока объект ещё в обороняемом объёме.

Одна система: сопровождение, управление огнём и обучение

Сопровождение, управление огнём и обучение — одна система. Оптическая головка даёт одну трассу, и управление огнём стреляет по ней. Цикл обучения обновляет модель зрения, которой пользуется трекер, поэтому новый аппарат меняет картинку, по которой целится орудие, без второго продукта рядом.

Управление огнём использует ту же трассу, что видит оператор: упреждение, полётное время и наклонная дальность считаются из оптического решения.

Именно связка делает цену настоящей. Камерная турель без управления огнём всё равно нуждается в орудии и расчёте, чтобы закончить выстрел. Орудие без обученного детектора всё равно нуждается в том, кто отличит новый силуэт от крыши. Здесь трасса, очередь и обновлённая модель — один конвейер.

Модель зрения — та часть, которой приходится меняться

Аппараты меняются быстрее позиций: новая форма, новый размер, другой выхлоп, другой способ пересекать небо. Детектор, обученный на прошлогодних снимках, по-прежнему увидит небо, но будет медленно узнавать новый объект.

Собирать эти данные с реальных встреч — медленный путь. Полезные кадры приходят только после того, как новая система уже летает, в ту погоду, под тем углом и на той дальности, которые выпали первым полётам. Позиция, которой нужно ждать библиотеку реальных перехватов, прежде чем назвать объект, первые бои проводит вполуслепую.

Синтетические аппараты, затем та же модель

VMK обучает модель зрения на синтетических изображениях. Новая система противника строится как визуальная модель и пролетает ситуации, которые позиция реально встретит: полдень и ночь, дымка и чистый воздух, проходы сверху, низкие пересечения, лобовые заходы и загромождённая земля под камерой. Каждый кадр размечается в момент генерации. Детектор дообучается на этом наборе и загружается обратно в трекер.

Экран обучения: синтетические кадры ближнего ИК, размеченные при генерации и проверенные перед дообучением.

Когда противник выставляет что-то новое, ответ — новая модель в учебной среде, дообученный детектор и обновлённый трекер. Оптика в поле не меняется. Меняются веса. После дообучения детектор уже знает силуэт при том освещении и на тех траекториях, которые были синтезированы, поэтому подтверждение приходит на первых встречах, а не на пятидесятой.

Старые типы остаются в наборе, новые добавляются рядом. Ложные трассы прошлых сессий остаются в обучающей записи, поэтому обновление учит новую форму и не забывает, как выглядят небо и крыши.

Выстрел, который стоит дешевле дрона

Позиция — это головка сенсора, вычислительный блок, средство поражения калибра .50 и программное обеспечение, которое их связывает. В развёрнутом виде такой комплект обходится примерно в $100,000, около цены одного из дронов, которые он должен останавливать.

Средство поражения даёт очередь из восьми выстрелов. При цене около $5 за выстрел одна очередь — это бой за $40.

Стоимость традиционных перехватчиков — открытые оценки, она зависит от варианта и контракта. Источники: drone-warfare.com, Defense Express, Ukraine War Analytics, Norsk luftvern, Missile Defense Advocacy Alliance.

Дрон класса «Герань» стоит в производстве примерно $100,000–$120,000, и одна позиция стоит примерно столько же. Остановка одного дрона этого класса расходует одну-две очереди и оставляет систему на месте для следующего. Атакующему приходится заменять аппарат, а обороняющийся потратил только боеприпасы. После первого перехвата обмен уже в пользу обороны, и каждый следующий заход стоит ещё $40–$160 против ещё одного целого дрона.

Один программный стек, масштабируемый под угрозу

Трудная часть VMK — программное обеспечение: поиск, сопровождение, классификация, управление огнём и цикл обучения. Ничто из этого не привязано к одной камере или одному орудию. Тот же стек может вести более крупную головку с более тяжёлым средством поражения или сжаться в один компактный блок.

Этот компактный блок нацелен на угрозу, которая сейчас доминирует на передовой: FPV-дроны. Они дёшевы, быстры и летят прямо на людей и технику, и их слишком много, чтобы расчёт вызывал каждый выстрел вручную. В конструкции оптико-электронный сенсор и средство поражения объединены в одной турели и стреляют штатным патроном 5,56 мм. Этот патрон есть почти везде и стоит заметно меньше доллара, а короткая очередь соответствует малому и хрупкому аппарату FPV-дрона.

Поскольку трекер уже получает трассу из картинки и сам отбрасывает ложные, компактный блок может работать полностью автоматически внутри небольшой обороняемой зоны: машина, линия окопов, командный пункт или единица критического оборудования. Оператор задаёт зону и правила. Система ищет, захватывает и стреляет, не дожидаясь, пока человек наведётся.

Масштаб работает в обе стороны:

• Компактная объектовая оборона. Встроенные сенсор и средство поражения 5,56 мм, полностью автоматический режим, защита небольшого участка от FPV-дронов.
• Оборона позиции. Отдельная головка сенсора и средство поражения калибра .50, сектор против дронов-камикадзе и реактивных дронов.
• Общее обучение. Каждый блок питает один и тот же цикл обучения, поэтому новый аппарат, выученный на одной позиции, обновляет детектор на всех остальных.

Что есть сегодня

Сегодня VMK Defense — моделируемое рабочее место ПВО. Трёхмерный пролёт порождает угрозу, погоду и виды с камер. Отдельный пульт оператора видит только изображение, как это делал бы настоящий комплект камер. Он никогда не получает ключ ответов симулятора. Если бы программа сопровождала объект только потому, что симулятор шепнул ей его тип, на мачте она была бы бесполезна.

Нынешнее рабочее место: трекер только по пикселям поверх смоделированных камер, а пометки оператора возвращаются в обучение.

Оператор разворачивает сектор, смотрит, как зреет трасса, и отмечает, чем картина была на самом деле. Эти пометки становятся обучающими данными. Детектор дообучается на только что пролетевших сценариях и загружается обратно в живой цикл.

Оптика, подвесы и перехватчики дороги и медленны, если ошибиться. Трекер только по пикселям, цикл разметки и модель позиции позволяют обкатать программу на помехах, ночи, пересекающихся траекториях и ложных трассах до покупки объектива.

Что дальше

Следующий шаг — снять тот же цикл с экрана и поставить на мачту:

• Сенсор и подвес. Настоящие камеры ближнего ИК, стабилизированная головка и механический путь от обзора сектора к устойчивому взгляду.
• Вычисления на краю. Трасса должна считаться рядом с мачтой, на улице, без лабораторного GPU на столе.
• Интеграция средства поражения. Один путь перехвата, подтверждённый по трассе, которую реально даёт оптика, на инструментальном полигоне.
• Испытания и данные. Ночь, помехи, малая высота и пересекающиеся траектории. Каждый час на полигоне питает тот же цикл обучения, которым уже пользуется симуляция.
• Компактный блок против FPV. Сенсор и средство поражения 5,56 мм в одной турели, то же программное обеспечение в полностью автоматическом режиме.
• Серийный пульт. Интерфейс оператора, упрощённый и укреплённый для расчёта, который его не писал.

Первая веха — устойчивая трасса по реальному объекту, с реальных камер, с измеренной передачей на средство поражения. Вторая — повторяемый перехват на полигоне. Третья — чертёж позиции, по которому заказчик может посчитать цену.

Связаться

Если вы финансируете ПВО, сенсоры или оборонное производство либо вы оборонный партнёр и смотрите на ближнее прикрытие от дронов, напишите нам: расскажем план по вехам. Покажем рабочее место в работе.