СПОСОБ САМОКОНТРОЛЯ ВИЗУАЛЬНОЙ ЗАМЕТНОСТИ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ Российский патент 2004 года по МПК F41H3/00 

Способ относится к маскировке и может быть использован для проведения мероприятий по скрытию летательных аппаратов (ЛА) военного назначения от средств оптико-визуальной разведки противника.

Известны способы самоконтроля визуальной заметности военных объектов [Aviation Week and Space Technology, 07.06.93, v.138, 23 р.136-137], основанный на определении показателя визуальной заметности ЛА путем измерения его освещенности с верхней полусферы окружающего пространства с помощью датчиков, расположенных на его поверхности.

Основной недостаток известного способа заключается в недостаточной точности оценки показателя визуальной заметности ЛА. Это обусловлено тем, что в известном способе показатель заметности ЛА может быть определен только для направлений, определяемых углом полей зрения датчиков. Кроме того, для осуществления контроля заметности применительно ко всей внешней поверхности ЛА необходимо размещение большого числа датчиков освещения, что приводит к сложности его технической реализации.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту предлагаемого изобретения является способ самоконтроля визуальной заметности ЛА [Патент 5144877 США, 1992 г.], основанный на определении показателя визуальной заметности ЛА путем измерения системой датчиков освещенности всей внешней поверхности ЛА с дискретных направлений верхней и нижней полусфер освещающего пространства на данной высоте Н.

Основным недостатком данного способа, как и аналога, является недостаточная точность оценки показателя визуальной заметности ЛА. Это связано с тем, что точность показателя заметности зависит от угла поля зрения каждого из датчиков, и для обеспечения приемлемой точности (~15-20%) на внешней поверхности ЛА необходимо разместить несколько сотен датчиков, что технически сложно реализуемо.

Кроме того, указанный способ мало эффективен, так как не позволяет осуществлять прогноз уровня визуальной заметности ЛА при возможном изменении его пространственного положения, например, при изменении высоты полета ЛА.

Задачей данного изобретения является повышение точности определения показателя визуальной заметности ЛА и повышение уровня его эффективности за счет прогнозирования показателя заметности при изменении пространственного положения ЛА при одновременном упрощении его технической реализуемости.

Технический результат достигается за счет того, что в известном способе самоконтроля визуальной заметности ЛА, основанном на измерении освещенности поверхности ЛА с верхней и нижней полусфер окружающего пространства на данной высоте Н полета ЛА, дополнительно измеряют яркости небосвода в дискретных точках, по измеренным значениям рассчитывают яркости I (θ, ϕ, н) с любых угловых направлений θ, ϕ окружающего пространства и определяют показатель заметности ЛА в направлении наблюдения θ_н, ϕ_н по формуле

где К_i - контраст i-го элемента поверхности ЛА, определяемый как

S_i(θ_н, ϕ_н) - площадь элемента поверхности ЛА в направлении наблюдения θ_н, ϕ_н;
ρ_i - коэффициент отражения i-го элемента поверхности ЛА;
Δω_i - телесный угол освещающего пространства для i-го элемента;
N - количество элементов поверхности ЛА;
K_iмакс - максимальное значение контраста i-го элемента поверхности ЛА, определяемое при изменении коэффициента отражения его поверхности от 0 до 1.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что предложенный способ отличается от известного тем, что в нем дополнительно проводят измерения яркости небосвода в дискретных точках и по измеренным значениям рассчитывают яркости с любых направлений окружающего пространства.

Кроме того, заявляемый способ характеризуется наличием новых условий измерения: освещенности ЛА измеряют не с каждого углового направления, как в прототипе, а с полусферических пространств верхней и нижней полусфер, а также проведением измерений только с нескольких дискретных направлений с верхней полусферы. Это позволяет не покрывать всю внешнюю поверхность ЛА датчиками измерения освещенности и яркости фона, как это делается в прототипе.

При изучении других известных технических решений в данной области техники указанные признаки, отличающие изобретение от прототипа, не были выявлены.

То есть, предложенный способ самоконтроля визуальной заметности ЛА за счет введения дополнительной операции, а именно измерения яркости небосвода с нескольких дискретных направлений, а также за счет того что измерения освещенности осуществляют только со стороны верхней полусферы в телесном угле 2π и со стороны нижней полусферы в таком же телесном угле, позволяет определить освещающие потоки с любых направлений, что обеспечивает повышение точности определения показателя заметности и одновременно приводит к упрощению его технической реализации. Заявляемый способ позволяет также определить уровень заметности ЛА при изменении его пространственного положения, например направления движения, изменения высоты полета и др., не производя при этом дополнительных измерений. Это приводит к повышению эффективности способа самоконтроля.

Определение показателя заметности γ в предлагаемом способе базируется на том, что значения углового распределения яркости I (θ, ϕ, н), от которых зависит контраст элементов (см. формулу (2)), определяется расчетно-экспериментальным путем.

Для расчета величины I (θ, ϕ, н) необходимы следующие параметры атмосферы:
τ - оптическая толщина слоя атмосферы, расположенного над ЛА;
x(γ) - индикатриса рассеяния атмосферы, где γ - угол рассеяния;
i_c, ϕ_c - зенитное и азимутальное положения Солнца, соответственно;
S_O - солнечная постоянная.

Из перечисленных параметров величина солнечной постоянной с достаточной детальностью опубликована в ряде работ (см., например, Шифрин К.С., Пятовская Н.П. Таблицы наклонной дальности видимости и яркости дневного неба. Л.: Гидрометеоиздат, 1959, с. 127).

Значение оптической толщины слоя атмосферы, расположенного над ЛА, может быть определено из измерения освещенности горизонтальной поверхности ЛА прямым солнечным светом.

τ = -ln(E_oг/πS_ocosi)/cosi,
где Е_ог - измеренная актинометром освещенность горизонтального элемента поверхности ЛА прямым солнечным светом.

Для определения индикатрисы рассеяния может быть измерена яркость небосвода в зените и в вертикали Солнца на угловом расстоянии от него 3...5^o и под углом, близким к горизонту, а также в противовертикали Солнца под углом, близким к горизонту. Это даст возможность определить индикатрису рассеяния для характерных углов рассеяния (см. Соболев В.В. Перенос лучистой энергии в атмосферах звезд и планет. - М.: Гостехиздат, 1956, с. 364).

На чертеже приведена структурная схема устройства, реализующего предложенный способ самоконтроля визуальной заметности ЛА. Устройство содержит: блок автоматического управления измерительными приборами (БАИП) 1; измерители освещенности (ИО) 2,1 и 2,2; яркомер (Я) 3; вычислитель (В) 4; блок принятия решения (БПР) 5.

Выходы БАИП 1 подключены к соответствующим входам ИО 2.1, 2.2 и Я 3, соответствующие выходы которых соединены с соответствующими входами В 4, выход которого соединен со входом БПР 5.

В устройстве, реализующем предложенный способ, в качестве блока автоматического управления измерительными приборами 1 может быть использован стандартный процессор с управляющей ЭВМ (см. Белан Б.Д., Зуев В.В. и др. Структура центра обработки информации городской системы экологического мониторинга//Оптика атмосферы и океана. 1999, т. 12, 1, с. 91-94).

В качестве измерителей освещенности 2.1, 2.2 и яркомера 3 могут быть использованы стандартные актинометрические приборы (см. Справочник по гидрометеорологическим приборам и установкам. Л.: Гидрометеоиздат, 1976, с. 40).

В качестве вычислителя на борту ЛА может быть использован бортовой компьютер, способный выдерживать определенные механические нагрузки. Таким требованиям соответствуют промышленные персональные компьютеры, выпускаемые фирмой "Rames" и НПО "Импульс" (см. рекламный проспект НПО "Импульс", Санкт-Петербург, ул.Обручевых-1).

Устройство самоконтроля визуальной заметности ЛА, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом.

При возникновении необходимости произвести контроль визуальной заметности ЛА летчиком или оператором стрелкового вооружения подается команда на пульт автоматического управления измерительной аппаратурой 1. Вслед за этим актинометрической аппаратурой 2.1., 2.2 производятся измерения освещенностей горизонтально расположенного элемента поверхности ЛА, например крыла, со стороны небосвода, т.е. с верхней полусферы, и со стороны подстилающей поверхности, т.е. со стороны нижней полусферы. При этом со стороны верхней полусферы производят измерения рассеянной и суммарной (рассеянной+прямой) солнечной радиации. Одновременно яркомером 3 измеряют яркость небосвода в зените и в вертикали Солнца на угловом расстоянии от него 3...5^o и под углом, близким к горизонту, а также в противовертикали Солнца под углом, близким к горизонту.

На основании измеренных яркостей при известном угловом положении Солнца в соответствии с известными соотношениями (см., например, Соболев В.В. Перенос лучистой энергии в атмосферах звезд и планет. М.: Гостехиздат, 1956, с. 364) производят вычисления яркостей I (θ, ϕ, н) с любых направлений θ, ϕ окружающего пространства.

Применительно к оптико-геометрической модели данного типа ЛА, которая содержит математическое описание формы поверхности ЛА с заданием пространственной ориентации и площадью S_i всех i-ых элементов его поверхности с заданными коэффициентами отражения ρ_i по соотношениям (1, 2) рассчитывают показатель заметности ЛА γ.

Определенное в 4 значение показателя заметности подается на вход блока принятия решения 5.

В блоке 5 летчиком или оператором принимается решение о целесообразности проведения мероприятий по снижению визуальной заметности ЛА. К таким мероприятиям могут быть отнесены, например, следующие: управление цветом и яркостью покрытий, изменение пространственного положения ЛА, например изменение высоты полета, или совершение маневра для скрытия за облачными образованиями, выброс аэрозольного облака и др.

Для оценки технического результата предлагаемого способа самоконтроля визуальной заметности ЛА (повышение точности определения показателя заметности при одновременном упрощении его технической реализуемости) по сравнению с прототипом можно привести следующие оценки.

За меру эффективности способа самоконтроля примем относительную точность оценки показателя заметности Δγ.

Относительная точность определения величины γ зависит от относительной точности определения значений яркостей Δ_I(θ,ϕ,н), относительной точности определения показателя отражения покрытия Δ_ρ, относительной точности определения площади элемента поверхности ЛА Δ_S, то есть

Для определенности положим, что как в предлагаемом способе, так и в прототипе Δ_ρ = 0,05; Δ_S = 0,01.
В прототипе, как следует из Шифрин К.С., Пятовская Н.П. Таблицы наклонной дальности, видимости и яркости дневного неба. Л.: Гидрометеоиздат, 1959, с. 131, изменение углов θ и ϕ, например, на 20^o может привести к изменению величины I (θ, ϕ, н) на 30-40%.

В предлагаемом способе величина I (θ, ϕ, н) может быть рассчитана с достаточно высокой точностью для любых значений углов θ и ϕ. Для определенности положим, что расчет проводится с относительной точностью 0,1.

Тогда для прототипа

а для предлагаемого способа

Следовательно, точность определения показателя заметности в предлагаемом способе в 2...3 раза выше, чем в прототипе.

Для реализации известного способа (прототипа) самоконтроля, обеспечивающего такую же точность, как в заявляемом способе, на внешней поверхности ЛА необходимо разместить более ста датчиков освещенности и измерителей яркости фона. Каждый из перечисленных приборов должен быть подсоединен к входам вычислителя 4, что повлечет за собой большое количество электрических соединений. Это значительно усложнит техническую реализуемость известного способа. Кроме того, прототип не предполагает прогнозирование уровня заметности ЛА при изменении его ориентации, так как все измерения проводятся только для данного положения ЛА.

Изобретение относится к маскировке, в частности к снижению заметности летательных аппаратов (ЛА), и может быть использовано для проведения мероприятий по скрытию ЛА военного назначения от средств оптико-визуальной разведки. Сущность изобретения заключается в том, что способ самоконтроля визуальной заметности ЛА, основанный на измерении освещенности поверхности ЛА с верхней и нижней полусфер окружающего пространства на данной высоте, включает дополнительное измерение яркости небосвода в дискретных точках, расчет яркости с любых направлений окружающего пространства по измеренным значениям и определение расчетным путем показателя заметности ЛА в направлении наблюдения. Технический результат изобретения состоит в повышении точности определения показателя визуальной заметности ЛА при одновременном упрощении технической реализуемости и осуществлении прогноза показателя визуальной заметности ЛА при возможном изменении его пространственного положения. 1 ил.

Способ самоконтроля визуальной заметности летательных аппаратов (ЛА), основанный на измерении освещенности поверхности ЛА с верхней и нижней полусфер окружающего пространства на данной высоте Н, отличающийся тем, что дополнительно измеряют яркости небосвода в дискретных точках, по измеренным значениям рассчитывают яркости Ι(θ,ϕ,н) с любых направлений θ, ϕ окружающего пространства и определяют показатель заметности ЛА в направлении наблюдения θ_н, ϕ_н по формуле

где К_i - контраст i-го элемента поверхности ЛА, определяемый как

ρ_i - коэффициент отражения i-го элемента поверхности ЛА;

Δω_i - телесный угол освещающего пространства для i-го элемента;

S_i(θ_н,ϕ_н) - площадь элемента поверхности ЛА в направлении наблюдения (θ_н,ϕ_н);

N - количество элементов поверхности ЛА;

К_iмакс - максимальное значение контраста i-го элемента поверхности ЛА, определяемое при изменении коэффициента отражения его поверхности от 0 до 1.