Когда не видят радары: как украинцы создали уши для ПВО

Все началось с того, что в мае 2022 года в руки украинских военных ученых и инженеров попали первые случайные аудиозаписи пролетов крылатых ракет, сделанные с помощью обычных смартфонов. Тогда стало очевидно, что даже бытовые устройства могут фиксировать акустический след воздушных объектов. Так появилась идея разработать специализированную акустическую систему обнаружения воздушных целей, которая может усилить работу ПВО.

Фактически это сеть суперчувствительных ушей — акустических детекторов, разнесенных на местности, которые быстро и точно улавливают звуковые сигналы вражеских беспилотников и крылатых ракет, фильтруют их от шумов и передают координаты целей в командные центры ПВО. Такие детекторы эффективно дополняют классические радиолокационные и оптоэлектронные средства, особенно в условиях низких высот, сложного рельефа, урбанизированных территорий Система детекторов способна «слышать», когда «не видно», в любую погоду и время суток. Это мобильная, недорогая и эффективная система.

ZN.UA пообщалось с одним из ее авторов — специалистом по обработке сигналов и боевому применению систем наблюдения Евгением Смертенко, за плечами которого большой опыт научно-исследовательских и исследовательско-конструкторских работ в области оборонных технологий.

От энтузиазма к системе

— Евгений Владимирович, как вы начинали разработки?

— Впервые в истории современных вооруженных конфликтов Россия применяет против Украины системно и массово все доступные средства воздушного нападения одновременно: самолеты, крылатые, баллистические и аэробалистические ракеты, ударные БПЛА. Это создает беспрецедентную нагрузку на систему противовоздушной обороны, поэтому задача усилить ее стала сверхактуальной. Это побудило группу специалистов, к которой принадлежу и я, по собственной инициативе начать разрабатывать систему обнаружения вражеских летательных аппаратов.

— Как удалось собрать команду разработчиков?

— Сначала я обратился к своим коллегам — специалистам по цифровой пространственной обработке сигналов и разработчикам специализированного программного обеспечения. Но уже вскоре стало понятно, что для такого сложного проекта этого недостаточно. Поскольку я уже больше десяти лет работаю в сфере Big Data, IIoT (Industrial Internet of Things), машинного обучения (раздела искусственного интеллекта, который дает возможность компьютерам учиться на основе данных, выявлять закономерности и принимать решения. — В.К.), математического моделирования и разработки алгоритмов обработки данных, мне удалось привлечь к работе высококлассных гражданских специалистов с глубокой экспертизой в этих направлениях. Это люди, с которыми мы бок о бок реализовали не один проект. Кроме того, к команде присоединились специалисты, которые отвечают за производственные процессы. В итоге нам удалось сформировать сильную мультидисциплинарную команду, которая соединила военно-технический опыт, инженерию, обработку сигналов, современные алгоритмы анализа данных и производственную компетенцию.

Как работает система

— На каких принципах построена система акустических детекторов?

— Она состоит из нескольких базовых блоков: многоканальной акустической аппаратуры, цифровой пространственной обработки аудио-сигналов, машинного обучения для распознавания типов целей, постоянного ручного анализа реальных аудиозаписей для выделения характерных признаков. Система имеет уникальную архитектуру программного обеспечения по принципу детского конструктора, то есть с возможностью гибко добавлять новые алгоритмы под конкретные задания.

Летом 2022 года были созданы первые прототипы акустических детекторов. К осени мы собрали 10 исследовательских образцов и начали проводить комплексные внутренние тесты.

— В чем особенность вашей системы?

— Чтобы платформа могла работать с радарными, акустическими и смешанными приемниками, мы сделали ее архитектуру модульной: добавляешь новый тип датчика, и все сразу работает. В результате получили гибкую и масштабируемую систему с высокой точностью. Наш метод основывается на синергии классических подходов к цифровой обработке сигналов и современных методов машинного обучения, которые вместе создают универсальное и надежное решение для мониторинга воздушного пространства.

На конец 2022 года «Держспецзв’язок» запланировал полигонные испытания. Однако в октябре начались массированные ракетные удары по критической инфраструктуре, что привело к их отсрочке. В феврале 2023 года испытания все же стартовали. Были вовлечены несколько команд с разными решениями. В рамках полигона были успешно зафиксированы пролеты вражеских крылатых ракет и БПЛА.

— Ведут ли похожие разработки другие команды разработчиков?

— Да. В этой сфере сегодня работают несколько украинских команд, каждая из которых использует свою методологию и имеет свои сильные и слабые стороны. Наша команда выбрала путь разработки единой унифицированной платформы, способной одновременно обнаруживать разные типы объектов, рассчитывать их координаты и оценивать параметры движения. Мы соединили алгоритмы цифровой пространственной обработки сигналов, физический анализ с использованием моделей распространения волн, а также современные методы машинного обучения — в частности нейронной сети, которые помогают распознавать разные типы воздушных объектов. Это позволило достичь высокой точности даже в сложных условиях шумового фона и препятствий. Ведутся разработки и за пределами Украины. Так, на авиасалоне в Ле-Бурже немецкий концерн Diehl представил противодроновый комплекс, в котором тоже применяется акустическая система обнаружения целей.

Что тормозит внедрение

— С какими вызовами пришлось столкнуться, кроме сугубо научных и технических проблем?

— Основное ограничение для всех команд — закрытость объективных данных о реальной воздушной обстановке. С 2023 года эта информация засекречена, а без нее чрезвычайно сложно проводить верификацию, анализ качества работы алгоритмов обнаружения и их доработку. Кроме технических проблем, есть административно-политические барьеры, ограниченный доступ к государственным программам, нежелание части чиновников поддерживать альтернативные команды. Здесь нужно отметить, что СНБО очень активно продвигает это направление.

— На каком этапе ваша разработка? Когда ее можно будет широко применять?

— На сегодняшний день система полностью готова к практическому использованию, однако в условиях современной войны критично важно обеспечить постоянную адаптацию алгоритмов обнаружения к изменениям характера угроз и тактике применения средств воздушного нападения. Несмотря на сложности, в середине 2024 года мы получили поддержку от Brave1 (кластер для развития военных технологий в Украине, начатый Министерством цифровой трансформации и другими ведомствами. — В.К.) в виде гранта на закупку комплектующих для нового оборудования и его монтаж. Благодаря этому начали промышленно-исследовательскую эксплуатацию системы. Ее последняя версия непрерывно работает больше девяти месяцев. Ее постоянно дорабатывают, совершенствуют. Собран большой массив реальных аудиосигналов, усовершенствованы алгоритмы обнаружения и классификации, реализованы дополнительные функции по запросам военных, разработано рабочее место оператора с возможностью анализировать исторические данные воздушной обстановки, подтверждена стабильность аппаратных решений в реальных полевых условиях.

Несмотря на высокую компетентность специалистов Brave1, мы столкнулись с отсутствием поддержки организации взаимодействия с военными структурами и представителями Министерства обороны Украины. Именно такое взаимодействие критично важно для тестирования, верификации и усовершенствования системы в условиях, максимально приближенных к боевым.

Отдельно нужно отметить, что в 2023 году нашу команду по непонятным причинам не допустили к участию в тематическом хакатоне по вопросам обнаружения воздушных угроз (мероприятие, во время которого команды разработчиков работают над решением практических задач в сжатые сроки. — В.К.).

— Ученым и вообще новаторам, к сожалению, приходится не только преодолевать барьеры, но и пробивать лбами стены. Какую стену нужно пробить, чтобы ваши звукометрические системы начали полноценно работать на ВСУ?

— Некоторые военные руководители иногда считают, что зоопарк систем не нужен и достаточно одной-двух звукометрических разработок. Но здесь важно понимать следующее: в ПВО всегда есть широкий спектр радиолокационных систем разных типов, которые дополняют друг друга. Точно так же и в звуковых системах должно быть многообразие подходов, которые перекрывают слабые места друг друга.

Считаю, что нужно создать единую дорожную карту развития звукометрических систем как составляющей общей концепции построения ПВО Украины. Это предполагает согласование стратегических направлений развития и координацию между всеми командами-разработчиками для максимально эффективного использования каждой разработки в общей системе обороны.

Сегодня у нас есть реальная рабочая система, гибкая архитектура программного обеспечения, возможность адаптировать к новым угрозам, и главное — уникальная база акустических данных. Система готова к работе в боевых условиях.

— Искренне желаем вашей команде, чтобы эту систему как можно быстрее услышали на всех уровнях — от оборонительного ведомства до полевых подразделений.