Beam Riding — как лазерный луч становится дорогой для дрона

Beam Riding (наведение по лазерному лучу) — одна из самых необычных технологий наведения летательных аппаратов. Многие слышали о лазерном наведении, но представляют его неправильно. Одни думают, что лазер «ведет» аппарат как радиопульт, другие считают, что луч буквально притягивает его к цели.

На самом деле принцип работы намного интереснее.

Лазер ничего не толкает и не передает команды. Он лишь создает невидимый ориентир в пространстве, относительно которого летательный аппарат самостоятельно определяет свое положение и корректирует полет.

Почему об этой технологии мало знают?

Когда говорят о лазерном наведении, чаще всего вспоминают управляемые авиабомбы или ракеты, которые летят на отраженное от цели лазерное пятно.

Однако Beam Riding работает совершенно иначе.

Вместо поиска отраженного сигнала аппарат ориентируется на сам лазерный луч, который исходит от системы наведения.

Этот принцип появился еще несколько десятилетий назад, однако именно сегодня он снова вызывает большой интерес благодаря развитию современной электроники, оптики и вычислительной техники.

Представьте обычный фонарик

Чтобы понять принцип Beam Riding, не нужно быть инженером.

Представьте длинный темный коридор.

Вы светите вперед мощным фонариком, образуя узкую световую дорожку.

Теперь представьте маленького робота, который умеет определять, находится ли он в центре светового пятна.

Если робот начинает уходить вправо — он слегка поворачивает влево.

Если смещается влево — корректирует движение вправо.

Пока робот удерживается в центре световой дорожки, он будет двигаться именно туда, куда направлен луч фонарика.

Beam Riding использует практически ту же самую идею, только вместо фонарика применяется лазер, а вместо робота — летательный аппарат.

Как работает Beam Riding?

В упрощенном виде технология состоит всего из четырех этапов.

1. Система сопровождения обнаруживает цель.
2. В направлении цели формируется лазерный луч.
3. Летательный аппарат определяет свое положение относительно этого луча.
4. Автопилот постоянно корректирует курс, удерживая аппарат внутри луча.

На первый взгляд все кажется очень простым.

Но именно эта простота и является главным преимуществом технологии.

Невидимая воздушная дорога

Лучше всего представить Beam Riding как невидимый тоннель.

Источник лазера
        │
        │
══════════════════════════════════════► Цель

            ▲
            │
     Летательный аппарат

Пока аппарат находится внутри этого «тоннеля», он продолжает двигаться вперед.

Если ветер, вибрации или другие факторы начинают уводить его в сторону, система управления замечает отклонение и возвращает аппарат обратно.

Получается своеобразная воздушная железная дорога без рельсов.

Почему датчик располагают в хвосте?

Это одна из самых необычных особенностей Beam Riding.

Во многих известных системах приемник лазерного излучения расположен не в носовой части, а сзади.

Он постоянно смотрит назад — туда, где находится источник лазера.

Благодаря этому аппарат может непрерывно определять свое положение внутри луча.

Если он начинает отклоняться вверх, вниз, вправо или влево, датчики сразу фиксируют изменение положения, а автопилот корректирует траекторию.

Чем Beam Riding отличается от обычного лазерного наведения?

Именно здесь возникает самая распространенная путаница.

Существует несколько различных технологий лазерного наведения, и Beam Riding — лишь одна из них.

Именно поэтому Beam Riding нельзя считать разновидностью обычного лазерного целеуказания. Это отдельный принцип наведения со своей архитектурой и особенностями.

Преимущества технологии Beam Riding

На первый взгляд может показаться, что технология наведения по лазерному лучу ничем не отличается от других способов управления летательными аппаратами. На самом деле у нее есть несколько особенностей, благодаря которым Beam Riding уже много лет остается востребованным в различных областях.

1. Не требуется GPS

Большинство современных беспилотников используют спутниковую навигацию для определения своего местоположения.

Beam Riding работает иначе. Летательный аппарат ориентируется относительно лазерного луча, поэтому для удержания курса спутниковая навигация не является обязательной.

2. Простая логика работы

В основе технологии лежит довольно простая идея.

Аппарату не нужно строить сложную карту местности, распознавать объекты или вычислять координаты цели. Его задача значительно проще — постоянно удерживаться внутри лазерного луча.

Благодаря этому основная логика наведения может быть относительно простой по сравнению с некоторыми другими системами.

3. Высокая точность направления

Лазер обладает очень небольшой расходимостью, поэтому способен задавать направление с высокой точностью.

Если система сопровождения надежно удерживает луч на цели, летательный аппарат также будет стремиться двигаться по этому направлению.

4. Минимальная зависимость от радиоканала

Во многих системах управление осуществляется посредством передачи команд по радиосвязи.

В технологии Beam Riding основным ориентиром является оптический луч.

Это означает, что аппарату не требуется непрерывный поток управляющих команд по радио для удержания курса.

Есть ли недостатки?

Идеальных технологий не существует.

Beam Riding обладает рядом ограничений, связанных прежде всего с физикой распространения света.

1. Необходима прямая видимость

Лазер распространяется практически по прямой линии.

Если между источником лазера и летательным аппаратом появляется препятствие, система теряет основной ориентир.

2. Погода имеет значение

Дождь, снег, густой туман, дым или большое количество пыли способны ослаблять лазерное излучение.

Поэтому эффективность подобных систем зависит и от состояния атмосферы.

3. Луч постепенно расширяется

Любой лазерный луч имеет небольшую расходимость.

По мере увеличения расстояния его диаметр становится больше.

Поэтому на очень больших дистанциях удерживать аппарат точно по центру луча становится сложнее.

4. Требуется сопровождение цели

Сам лазер не знает, где находится цель.

Необходимо, чтобы система сопровождения постоянно удерживала луч в нужном направлении.

Именно поэтому современные комплексы обычно используют автоматическое сопровождение объектов с помощью оптических или других датчиков.

Почему Beam Riding снова становится популярным?

Если сама технология известна уже несколько десятилетий, возникает логичный вопрос — почему о ней вновь начали говорить?

Ответ довольно прост.

За последние годы значительно изменились вычислительные возможности электронной техники.

• Появились компактные высокоскоростные камеры.
• Стали доступнее мощные лазерные излучатели.
• Современные процессоры способны обрабатывать изображение в режиме реального времени.
• Алгоритмы автоматического сопровождения объектов стали значительно совершеннее.

Все это позволило существенно повысить точность работы подобных систем.

Beam Riding и искусственный интеллект

Интересно, что современные вычислительные технологии открывают новые возможности для автоматизации систем сопровождения.

Алгоритмы компьютерного зрения способны обнаруживать и сопровождать различные объекты на видеопотоке, снижая нагрузку на оператора.

При этом сама технология Beam Riding остается лишь способом наведения относительно лазерного луча, а задачи обнаружения и сопровождения могут решаться другими средствами.

Где Beam Riding показывает себя лучше всего?

Наведение по лазерному лучу особенно интересно в задачах, где требуется высокая точность направления при наличии устойчивого сопровождения цели.

Поэтому данная технология на протяжении многих лет привлекает внимание инженеров и продолжает использоваться в различных специализированных системах.

Во второй половине XX века Beam Riding уже получил практическое применение, а современные достижения в области электроники и оптики сделали этот принцип вновь актуальным.

Именно поэтому сегодня инженеры продолжают исследовать возможности его дальнейшего развития в сочетании с современными системами обнаружения и автоматического сопровождения.

Реальные примеры применения Beam Riding

Несмотря на то что многим технология Beam Riding кажется новой, на самом деле она применяется уже несколько десятилетий. За это время различные страны создали несколько известных систем, использующих наведение по лазерному лучу.

Все они построены по одной общей идее — летательный аппарат удерживается внутри лазерного луча, направленного системой сопровождения.

Starstreak (Великобритания)

Одним из самых известных примеров является британский комплекс Starstreak HVM.

Это одна из наиболее известных систем, использующих принцип Beam Riding для сопровождения воздушных целей.

• страна разработки — Великобритания;
• тип наведения — лазерный Beam Riding;
• назначение — поражение воздушных целей;
• система автоматически удерживает аппарат внутри лазерного луча.

Именно Starstreak чаще всего приводят в качестве классического примера технологии Beam Riding.

RBS 70 (Швеция)

Еще одним широко известным представителем является шведский комплекс RBS 70.

Несмотря на то что он был разработан несколько десятилетий назад, система продолжает модернизироваться и использоваться в различных странах.

Принцип работы аналогичен:

• оператор сопровождает цель;
• лазер формирует направляющий луч;
• аппарат автоматически удерживается внутри этого луча.

9К121 «Вихрь»

Известным примером применения Beam Riding является и отечественный комплекс «Вихрь».

В нем также используется принцип удержания летательного аппарата внутри лазерного луча.

Это еще раз показывает, что идея Beam Riding получила развитие в различных странах и инженерных школах.

ADATS

Интересной разработкой стала система ADATS, созданная совместными усилиями канадских и швейцарских специалистов.

Она также использовала наведение по лазерному лучу и демонстрировала универсальный подход к применению подобных технологий.

Почему инженеры продолжают изучать Beam Riding?

Может показаться, что технологии, разработанные несколько десятилетий назад, уже устарели.

Но это далеко не так.

Современная электроника открыла перед Beam Riding совершенно новые возможности.

• Более чувствительные оптические датчики.
• Компактные и стабильные лазеры.
• Высокопроизводительные процессоры.
• Современные алгоритмы обработки изображений.
• Автоматическое сопровождение объектов.

Все это позволяет значительно повысить качество работы подобных систем по сравнению с решениями прошлого века.

Beam Riding или другие способы наведения?

Сегодня существует множество различных методов наведения летательных аппаратов.

Каждый из этих методов имеет свои сильные и слабые стороны. Именно поэтому современные инженерные проекты нередко объединяют несколько способов наведения в одной системе.

Мифы о Beam Riding

❌ Лазер управляет дроном.

Нет. Лазер не передает команды. Он лишь служит ориентиром, относительно которого работает бортовая автоматика.

❌ Луч толкает аппарат вперед.

Нет. Движение обеспечивается собственной силовой установкой летательного аппарата.

❌ Beam Riding — это обычное лазерное наведение.

Нет. В отличие от полуактивного лазерного наведения здесь не используется отраженный от цели лазерный сигнал.

Будущее технологии

Сегодня Beam Riding переживает своеобразное второе рождение.

Современные камеры, искусственный интеллект, системы компьютерного зрения и высокопроизводительные процессоры позволяют значительно повысить точность автоматического сопровождения объектов.

Поэтому инженеры продолжают исследовать различные варианты использования наведения по лазерному лучу как одного из элементов перспективных систем.

Заключение

Beam Riding — одна из самых элегантных идей в области наведения летательных аппаратов.

Вместо сложного обмена командами или поиска отраженного сигнала используется простой и понятный принцип: лазерный луч становится своеобразной невидимой дорогой, а аппарат самостоятельно удерживается внутри нее.

Эта технология появилась много десятилетий назад, однако благодаря современным достижениям в области оптики, электроники и вычислительной техники она вновь вызывает интерес инженеров и исследователей.

Часто задаваемые вопросы

Beam Riding и лазерное целеуказание — это одно и то же?

Нет. При лазерном целеуказании аппарат ориентируется на отраженный от цели сигнал. При Beam Riding он удерживается внутри самого лазерного луча.

Можно ли использовать Beam Riding без GPS?

Да. Для удержания аппарата относительно луча спутниковая навигация не является обязательной.

Почему датчик часто расположен в хвосте?

Потому что ему необходимо постоянно видеть источник лазерного излучения и определять свое положение относительно луча.

Является ли Beam Riding новой технологией?

Нет. Она известна уже несколько десятилетий, однако современные достижения в области электроники и оптики сделали ее вновь актуальной.