Hiện đại hóa, tích hợp ra đa Garpun-E với hệ thống tích hợp chiến đấu MGS-1241 trên tàu tên lửa 1241RE

Thông tin khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Ra đa, 08 - 2016 173 HIỆN ĐẠI HÓA, TÍCH HỢP RA ĐA GARPUN-E VỚI HỆ THỐNG TÍCH HỢP CHIẾN ĐẤU MGS-1241 TRÊN TÀU TÊN LỬA 1241RE Nguyễn Minh Hùng1*, Mai Thanh Thảo2 Tóm tắt: Trong bài báo này, tác giả đã sử dụng các phương pháp như phân tích, tổng hợp để đưa ra giải pháp cụ thể số hóa, tích hợp ra đa GARPUN-E với hệ thống tích hợp chiến đấu MGS-1241 đã được Viện kỹ thuật Hải quân thực hiện thành công trên tàu tên lửa 1241RE. Qua đó, tác giả đã đề xuất một số định hướng nhằm nâng cao hiệu quả công tác nghiên cứu làm chủ, cải tiến, tích hợp các hệ thống ra đa thế hệ cũ trên các lớp tàu Hải quân khác. Từ khóa: Công nghệ tích hợp, Hiện đại hóa tàu Hải quân, Tích hợp thông tin ra đa Garpun-E. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay, cùng với sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghệ thông tin, vi điện tử điều khiển và công nghiệp đóng tàu chiến, việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo và đưa vào sử dụng các hệ thống tự động xử lý thông tin chiến đấu trên cơ sở tích hợp hệ thống nhằm phát huy tối đa khả năng cung cấp thông tin của các cảm biến, tạo dựng bức tranh tình huống chiến thuật theo thời gian thực, tối ưu hoá việc lựa chọn phương án, trợ giúp quyết định sử dụng vũ khí,vv... Nhờ giải pháp tự động hoá quá trình xử lý thông tin cho nên việc đưa vào sử dụng hệ thống tích hợp chiến đấu trên tàu Hải quân trong thực tế đã mang lại nhiều thuận lợi và hiệu quả cao trong sử dụng vũ khí. Hệ thống tích hợp chiến đấu trên tàu Hải quân là hệ thống liên kết các hệ thống khí tài điện tử (ra đa, quang điện tử, nghi khí hàng hải) và hệ thống vũ khí (tên lửa, pháo tàu, vũ khí chống ngầm) thành một hệ thống, tự động hóa các quá trình xử lý thông tin chiến đấu và hỗ trợ tạo lệnh điều khiển (quyết định) sử dụng vũ khí. Tích hợp các hệ thống chiến đấu trên tàu là tạo ra hệ thống kỹ thuật số được xử lý, kết nối, chỉ huy thống nhất nhằm tăng hiệu quả chiến đấu hoặc tích hợp thêm các hệ thống, thiết bị mới cho hệ thống hiện có của tàu đang là sự lựa chọn để hiện đại hóa các tàu chiến đấu thế hệ cũ của Quân chủng Hải quân. Khó khăn trong công tác nâng cấp, tích hợp trên các tàu hải quân thế hệ cũ đó chính là hệ thống vũ khí khí tài được trang bị những năm 70, 80 của thế kỷ trước, hầu hết đều là các trang thiết bị kỹ thuật tương tự. Vì vậy, việc số hóa các trang thiết bị cũ để kết nối, tích hợp thành một thể thống nhất đóng vai trò quyết định đến hiệu quả hoạt động của một hệ thống tích hợp chiến đấu. Ở bài báo này, chúng tôi trình bày về giải pháp số hóa ra đa chỉ thị mục tiêu cho tên lửa GARPUN-E để tích hợp vào hệ thống tích hợp chiến đấu MGS-1241 trên tàu 371-Lữ đoàn 162- Vùng 4 Hải quân. 2. PHÂN TÍCH CHI TIẾT GIẢI PHÁP THỰC HIỆN GHÉP NỐI, SỐ HÓA, TÍCH HỢP RA ĐA GARPUN-E Việc ghép nối, số hóa, tích hợp ra đa GARPUN-E được thực hiện bởi Bộ ghép nối HAR-LAN, một thành phần trong hệ thống tích hợp chiến đấu MGS-1241. Bộ Kỹ thuật siêu cao tần & Ra đa N.M. Hùng, M.T. Thảo, “Hiện đại hóa, tích hợp ra đa trên tàu tên lửa 1241RE.” 174 ghép nối HAR-LAN được dùng để biến đổi các tín hiệu thị tần tương tự, có chứa dữ liệu về các đối tượng từ đài ra đa GARPUN-E, thành tín hiệu số và chia sẻ dữ liệu đó trong mạng dữ liệu chung Ship Data Bus. Thông tin về tất cả các đối tượng được phát hiện (ở dạng số), mô tả vị trí và các thông số chuyển động của nó được truyền vào hệ thống MGS-1241, thông tin này có thể được tiếp tục xử lý, tính toán để thực hiện cung cấp tham số bắn cho hệ thống tên lửa. Các mục tiêu chỉ thị để bám sát từ hệ thống MGS-1241 được gửi trở lại thiết bị HAR-LAN. Bộ ghép nối HAR-LAN bao gồm các thành phần ghép nối: Thiết bị SCANCONVERTER, Bàn điều khiển KO-HAR và Hộp nối giây SP-HAR. Lưu đồ của bộ ghép nối HAR-LAN được trình bày trong hình 1. Hình 1. Lưu đồ của bộ ghép nối HAR-LAN. 2.1. Hộp đấu dây SP-HAR Việc phối hợp của thiết bị SCANCONVERTER với đài ra đa GARPUN-E được thực hiện qua: hộp nối dây SP-HAR (có chứa các mô-đun lọc mục tiêu đi động MTI) và bộ biến đổi góc PKH (phương vị an ten và vị trí của các cơ cấu chỉ thị mục tiêu). Hình 2. Sơ đồ các kết nối bên ngoài của hộp nối dây SP-HAR. Thông tin khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Ra đa, 08 - 2016 175 Sơ đồ các kết nối bên ngoài giữa hộp nối dây SP-HAR và các thiết bị ghép nối được trình bày trong hình 2. - Ba giắc nối cho phép kết nối với dây cáp liên kết thiết bị với thiết bị SCANCONVERTER (Z22 - xung kích; Z24 - tín hiệu thị tần; Z11 - trạng thái làm việc của ra đa). - Mười giắc nối cho phép nối dây cáp liên kết thiết bị với đài ra đa GARPUN-E bao gồm: 6 giắc nối đến Máy 3 (Z21 - xung kích, Z23 - tín hiệu thị tần, Z2 - chế độ bám sát mục tiêu, Z4 - hiệu năng và hoạt động của đài ra đa và cấp nguồn cho mô- đun MTI, Z8 - chế độ làm việc của an ten ra đa, Z6 - chế độ làm việc), 1 giắc nối đến máy 4 (Z1 - chia sẻ từ Máy 3 của ra đa chuyển sang chế độ bám sát mục tiêu), 2 giắc nối đến Máy 6 (Z7 - chia sẻ từ Máy 3 của ra đa chế độ làm việc của an ten, Z3 - hiệu năng và hoạt động của đài ra đa), 1 giắc nối với Máy 2 (Z5 - chia sẻ từ Máy 3: kiểu kênh làm việc được chọn (đặt bởi trắc thủ đài ra đa) - Kênh I (chiến đấu), Kênh II (hàng hải); chế độ làm việc của đài ra đa (thụ động, chủ động); chế độ làm việc của an ten). - Các giắc nối kiểu MIL-DTL-38999 series III, gắn ở mặt sau của thiết bị. 2.2. Thiết bị SCANCONVERTER Thiết bị SCANCONVERTER sử dụng trong quân sự, được đặt trong môi trường phòng kín trên tàu. Thiết bị này là một giao diện giữa các thiết bị phối hợp để biến đổi các tín hiệu tương tự thu được từ đài ra đa GARPUN-E thành tín hiệu số. Thiết bị SCANCONVERTER bao gồm (xem Hình 3) ngăn máy (vỏ OOR) (1) chứa các thành phần phần cứng dưới đây: - Các giắc nối để ghép nối với đài ra đa GARPUN-E và bàn điều khiển KO- HAR (2); - Chuyển mạch cung cấp nguồn và báo hiệu mở thiết bị (3). Hình 3. Hình dạng của thiết bị SCANCONVERTER. Chức năng chính của bộ ghép nối HAR-LAN, được thực hiện bởi thiết bị SCANCONVERTER là phối hợp ghép nối với đài ra đa GARPUN-E trong phạm vi đọc ra các tín hiệu tương tự như: tín hiệu thị tần ra đa, xung kích, góc phương vị an ten, vị trí của các cơ cấu chỉ thị mục tiêu, trạng thái làm việc của ra đa. Sơ đồ của các giắc nối bên ngoài giữa thiết bị SCANCONVERTER và các thiết bị phối hợp được thể hiện trong hình 4. - Hai giắc nối cho phép kết nối dây cáp nối với bàn điều khiển KO-HAR (ETH - truyền thông tin vào/ra, ZSP - cấp nguồn). Kỹ thuật siêu cao tần & Ra đa N.M. Hùng, M.T. Thảo, “Hiện đại hóa, tích hợp ra đa trên tàu tên lửa 1241RE.” 176 - Ba giắc nối cho phép kết nối các dây cáp liên kết thiết bị với đài ra đa GARPUN-E để biến đổi các góc (KWN - chỉ thị phương vị mục tiêu, KWO - chỉ thị cự ly mục tiêu, KPA - góc quay của anten). - Ba giắc nối cho phép kết nối dây cáp liên kết thiết bị với hộp nối dây của đài ra đa GARPUN-E (IWW - xung kích, SWR - tín hiệu thị tần ra đa, SPR - trạng thái làm việc của ra đa). Hai giắc nối để thực hiện bảo dưỡng - SZ1 và SZ2. Hình 4. Sơ đồ của các giắc nối bên ngoài giữa thiết bị SCANCONVERTER và các thiết bị phối hợp. Các giắc nối kiểu MIL-DTL-38999 series III - gắn ở mặt trước thiết bị, được dùng để: ghép nối với đài ra đa GARPUN-E biến đổi các góc, đọc ra trạng thái làm việc của ra đa, cấp nguồn từ bàn điều khiển KO-HAR, truyền thông tin qua cáp quang với bàn điều khiển KO-HAR, các giắc nối để bảo dưỡng (đo kiểm tra). Hai giắc nối kiểu BNC 75 Ω - gắn ở mặt trước thiết bị, được dùng để nhận các tín hiệu thị tần và xung kích. 2.3. Bàn điều khiển KO-HAR Bàn điều khiển trắc thủ KO-HAR là một trạm làm việc dùng cho quân sự, sử dụng trong môi trường phòng kín trên tàu. Thiết bị này là giao diện người-máy (MMI) dùng để phát hiện và bám sát các mục tiêu dựa trên các tín hiệu thu được từ đài ra đa GARPUN-E. Bàn điều khiển KO-HAR có cấu trúc dạng mô-đun và bao gồm các thành phần phần cứng dưới đây (hình 5): Hình 5. Hình dạng của bàn điều khiển KO-HAR. Thông tin khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Ra đa, 08 - 2016 177 - Khối máy tính kèm màn hình trong vỏ bảo vệ (1); - Bàn máy có bàn phím (2), Chuột xoay (3), và chuyển mạch nguồn (5); - Cấu trúc phụ (khung giá) (4). Chức năng chính của bộ ghép nối HAR-LAN, được thực hiện bởi thiết bị KO- HAR là: - Phối hợp với các thành phần của hệ thống MGS-1241 trong phạm vi chia sẻ các dữ liệu dưới đây: trạng thái của bộ ghép nối HAR-LAN, trạng thái của đài ra đa GARPUN-E, các mục tiêu được phát hiện (trong chế độ chủ động và thụ động). - Phối hợp với các thành phần của hệ thống MGS-1241 trong phạm vi nhận các dữ liệu dưới đây: các thông số chuyển động của tàu (hướng đi và vận tốc), chỉ thị mục tiêu để bám sát (phương vị và cự ly để bám sát mục tiêu), đồng bộ thời gian (từ thời gian máy chủ). Việc phối hợp của bộ ghép nối HAR-LAN với các thiết bị khác của hệ thống MGS-1241 được thực hiện trên cơ sở mạng cáp quang Ship Data Bus. Các thành phần của bộ ghép nối HAR-LAN, thiết bị SCANCONVERTER, bàn điều khiển KO-HAR và hộp nối dây SP-HAR đảm bảo hoạt động liên tục trong thời gian dài trong các điều kiện ảnh hưởng của các yếu tố môi trường được xác định trong tiêu chuẩn NO-06-A103. 3. PHÂN TÍCH CẤU TRÚC PHẦN MỀM THỰC HIỆN TÍCH HỢP 3.1. Phần mềm bàn điều khiển KO-HAR Phần mềm của bàn điều khiển KO-HAR bao gồm phần mềm hệ thống (hệ điều hành) và phần mềm ứng dụng. Hệ điều hành Microsoft Windows 7 64-bits được tùy chỉnh (rút gọn) cho phù hợp với chức năng của bàn điều khiển. Phần mềm ứng dụng có tên KO-HAR SW. Phần mềm này được xây dựng trên ngôn ngữ lập trình Java JRE 1.7, dựa trên SEFCOM Framework và sử dụng nền tảng OSGI. SEFCOM Framework được xây dựng để cung cấp tất cả các thư viện và dịch vụ chung mà tạo nên môi trường chạy. Vai trò khác của Framework này là cung cấp cơ cấu truyền thông cho phép trao đổi thông tin giữa các thành phần phần mềm được phân bổ trong các lớp ứng dụng trên tất cả các thiết bị trong hệ thống. Lớp truyền thông được tiêu chuẩn hóa chung, sẽ ẩn sau phần mềm lớp ứng dụng các nền tảng mạng vật lý. Lớp SEFCOM Framework được thực hiện phụ thuộc vào kiểu thiết bị. OSGI cung cấp một kiến trúc mở, phổ biến cho các nhà cung cấp dịch vụ, nhà phát triển, các nhà cung cấp phần mềm, các nhà vận hành và các nhà cung cấp thiết bị để phát triển, triển khai và quản lý các dịch vụ trong môi trường tích hợp. Lý do chính mà công nghệ OSGI hiện nay rất thành công là nó cung cấp một hệ thống các thành phần mạnh mẽ mà trên thực tế có thể chạy trên một số lượng lớn các môi trường khác. Một hệ thống các thành phần thường được dùng để xây dựng các ứng dụng phức tạp như IDEs (Eclipse), ứng dụng servers (GlassFish, IBM Websphere, Oracle/BEA Weblogic, Jonas, JBoss), ứng dụng frameworks (Spring, Guice), công nghiệp tự động hóa và công nghệ tích hợp 3.2. Chức năng phần mềm ứng dụng của bộ ghép nối HAR-LAN Kỹ thuật siêu cao tần & Ra đa N.M. Hùng, M.T. Thảo, “Hiện đại hóa, tích hợp ra đa trên tàu tên lửa 1241RE.” 178 Phần mềm ứng dụng đảm bảo quá trình thực hiện điều khiển bởi trắc thủ bộ ghép nối HAR-LAN, theo thuật toán dưới đây: - Các tín hiệu của đài ra đa GARPUN-E được xử lý một cách lần lượt: Nhận tín hiệu ra đa; Trích dữ liệu để thực hiện biến đổi từ tương tự sang số; Phân bố dữ liệu đã biến đổi thành dạng số. - Các tín hiệu của việc thay đổi vị trí của mục tiêu chỉ thị GARPUN-E một cách lần lượt: đọc ra giá trị tương tự của cài đặt việc thay đổi vị trí của mục tiêu chỉ thị; biến đổi các giá trị tương tự thành dạng số; phân bố dữ liệu đã biến đổi thành dạng số. 3.3. Giao diện người dùng của bàn điều khiển KO-HAR Hình 6. Hình ảnh màn hình ra đa bàn điều khiển KO-HAR trên tàu 371 với hiển thị dữ liệu của các mục tiêu trên biển. Dữ liệu hình ảnh thu được từ đài ra đa GARPUN-E cũng như các mục tiêu chỉ thị để bám sát thu được từ hệ thống MGS-1241 được trình bày trên màn hình của bàn điều khiển KO-HAR. Cửa sổ chính của ứng dụng của bộ ghép nối HAR-LAN hiển thị đối tượng - các điểm dấu (màu xanh lá cây), được phát hiện bởi đài ra đa GARPUN-E. Việc hiển thị vị trí của mục tiêu đang bám sát được thực hiện thông qua hiển thị hai trục (ngang và dọc) giao nhau tại vị trí của cơ cấu bám sát. Thông tin khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Ra đa, 08 - 2016 179 Hình ảnh của màn hình ra đa của bàn điều khiển KO-HAR với dữ liệu hiển thị thu được từ đài ra đa GARPUN-E và các mục tiêu chỉ thị để bám sát từ hệ thống MGS-1241 thể hiện trên hình 6. 4. KẾT LUẬN Bộ ghép nối HAR-LAN thực hiện ghép nối, số hóa, tích hợp ra đa GARPUN-E trên tàu 371 với hệ thống tích hợp chiến đấu MGS-1241, đã làm tăng hiệu quả chiến đấu, kiểm soát tin cậy trạng thái kỹ thuật của đài ra đa và các đối tượng tác chiến xung quanh tàu, cung cấp tham số phục vụ bắn tên lửa một cách nhanh chóng, chính xác. Hiện nay, hệ thống tích hợp chiến đâu MGS-1241 đã được đưa vào biên chế sử dụng và hoạt động hiệu quả trên tàu tên lửa 371- Lữ đoàn 162- Vùng 4 Hải quân, đáp ứng được yêu cầu sẵn sàng chiến đấu và chiến đấu thắng lơị trong công cuộc bảo vệ chủ quyền biển đảo, thềm lục địa thiêng liêng của Tổ quốc. Trên cơ sở thực hiện thành công số hóa, tích hợp ra đa quan sát, chỉ thị mục tiêu cho tên lửa GARPUN-E trên tàu 371, trong thời gian tới, công tác nghiên cứu, cải tiến, tích hợp các hệ thống ra đa thế hệ cũ trên các lớp tàu Hải quân khác cần phải tiếp tục được thực hiện và theo các định hướng sau: - Tổ chức đào tạo, huấn luyện đội ngũ cán bộ, nhân viên kỹ thuật có trình độ khoa học và công nghệ hiện đại giữ vị trí quan trọng trong quá trình nghiên cứu khai thác, hiện đại hóa các hệ thống ra đa thế hệ cũ. Áp dụng các công nghệ mới : vi điện tử điều khiển, xử lý tín hiệu số, công nghệ tích hợp để cải tiến, nâng cấp, tuy nhiên phải giữ nguyên được tính năng chiến kỹ thuật vốn có của hệ thống. - Đối với những hệ thống ra đa sử dụng công nghệ từ những năm 60, 70 của thế kỷ trước, dù đã qua quá trình tăng hạn, bảo dưỡng, bảo trì tuy nhiên vẫn không thể được khôi phục được tính năng như ban đầu thì quá trình nghiên cứu, phân tích, thay thế các hệ thống ra đa này phải được tổ chức chặt chẽ, kết hợp các lực lượng kỹ thuật trong nước và chuyên gia nước ngoài. Hệ thống mới ít nhất phải đảm bảo được đầy đủ tính năng chiến kỹ thuật của hệ thống cũ và phải kết nối, tích hợp được với hệ thống vũ khí trên tàu. Trong quá trình thiết kế, thay thế, lắp đặt cần phải tính toán cụ thể, chi tiết ảnh hưởng của các yếu tố môi trường, dung hòa trường điện từ và cấu trúc thân vỏ, tuyến hình của tàu. - Đối với các đài ra đa đang được trang bị cho các tàu Hải quân trong thời gian gần đây có công nghệ hiện đại, việc nghiên cứu, khai thác làm chủ chúng được đặt ra cấp thiết, vì vậy cần tập trung nghiên cứu chế tạo các cụm, khối tương đương để thay thế đáp ứng theo xu thế bảo đảm kỹ thuật hiện đại của các nước phát triển. Ngày nay, khoa học kỹ thuật luôn phát triển không ngừng, việc nghiên cứu đi trước đón đầu các công nghệ mới để cải tiến, tích hợp là sự lựa chọn tất yếu trong việc hiện đại hóa Quân chủng Hải quân. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. “Thuyết minh kỹ thuật và hướng dẫn sử dụng ra đa Garpun-E,” Phòng khí tài điện tử - Cục kỹ thuật Hải quân (2004). [2]. “Technical Description and Maintenance Manual For Apdapter HAR-LAN,” Trung tâm kỹ thuật biển Ba Lan CTM (2014). Kỹ thuật siêu cao tần & Ra đa N.M. Hùng, M.T. Thảo, “Hiện đại hóa, tích hợp ra đa trên tàu tên lửa 1241RE.” 180 ABSTRACT MODERNIZATION, INTEGRATION THE RADAR GARPUN WITH INTEGRATED COMBAT SYSTEM MGS-1241 ON MISSILE SHIP 1241RE Along with the purchase of weapons, new equipment, research, innovation, modernization, integration of technical armament older generation, especially the radar observations and targets indication on war ships to meet defense requirements, protection of the sea and islands of Vietnam Navy in recent years as one of the concrete steps of the policy of building the Navy "modern straight up" ... This is the strategic direction, both in line with the country's economic conditions and has increased the autonomy of the Navy in training as well as all technical guarantees for ships. In this paper, the authors have used methods such as analysis, synthesis to offer the specific solutions to digitize, integrate GARPUN-E radar with the integrated combat system MGS-1241 which has been implemented successfully by Vietnamesse Naval Technical Institute on missiles ship 1241RE. Thereby, the authors have proposed a number of directions in order to improve the efficiency of research employed, improved, integrated older radar systems on other classes Navy ships. Keywords: Integration Technology, Modernization of Navy ships, Integrated information of radar Garpun-E. Nhận bài ngày 15 tháng 06 năm 2016 Hoàn thiện ngày 26 tháng 07 năm 2016 Chấp nhận đăng ngày 01 tháng 08 năm 2016 Địa chỉ: 1 Viện Kỹ thuật Hải quân; 2 Cục Kỹ thuật Hải quân, email: maithanhthao@gmail.com * Email: nguyenminhhungrd41@gmail.com.