СПОСОБ ПРОСТРАНСТВЕННОГО СМЕЩЕНИЯ ТЕПЛОВОГО ОБРАЗА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2007 года по МПК F41H11/02 

Группа изобретений относится к оптико-механическим средствам пространственно-временной имитации образа независимого источника некогерентного светового потока преимущественно в инфракрасной области путем его модуляции и может быть использовано в системах защиты, дистанционного контроля и управления наземных, воздушных и надводных объектов, а также в различных испытательных системах.

Известны способы (см. пат. RU, №2184923, кл. F 41 Н 11/02, 2000 г., №2202094, кл. F 41 Н 11/02, 2000 г., №2108678, кл. Н 04 К 3/00, 1995 г., №2247922, кл. F 41 Н 11/02, 1999 г.) и устройства (см. пат. RU, №2083055, кл. Н 04 К 3/00, 1990 г., №2115084, кл. F 41 Н 13/00, 1994 г.), в которых для пространственного смещения образа охраняемого объекта используются его имитаторы, выполненные в виде специальных выстреливаемых снарядов или стационарных факелобразующих модулей. Все приведенные известные технические решения, несмотря на их разнообразие, характеризуются ограниченным временным периодом и пространственной локальностью их функционирования, поскольку требуют предварительной специальной подготовки по определению местоположения образа и формированию необходимых для него условий. Эти обстоятельства свидетельствуют о том, что защита охраняемого объекта осуществляется эпизодически и лишь со стороны фиксированного вероятного сектора атаки, что делает сам объект весьма уязвимым в условиях многократного и разнонаправленного нападения. Кроме того, эти известные решения в процессе их реализации постоянно нуждаются в возобновлении расходных элементов и материалов, что создает дополнительные неудобства при обслуживании, связанные с необходимостью их комплектации, хранения и снаряжения.

Известны устройства и способ для имитации целей, в том числе и движущихся (см. пат. RU, №2093852, кл. G 01 S 7/38, 1994 г. и опубликованная заявка на пат. RU, №93028725, кл. G 01 S 7/38, 1993 г.), в которых создание образа осуществляют посредством отражения электромагнитного излучения от источника функционирующего в СВЧ (СДЧ) диапазоне. Использование радиолокационных средств в испытательных системах, системах защиты, дистанционного контроля и управления является эффективным для целей обнаружения и слежения. Однако эффективность радиолокационных средств может быть существенно снижена за счет получивших в настоящее время широкое распространение технологий с использованием конструкционных материалов прозрачных для радиоволн. Тем более неэффективными оказываются средства постановки радиопомех для целей активного противодействия поражающим факторам с тепловым самонаведением.

Известны способ и устройство защиты объекта от высокоточного оружия с лазерным наведением (см. опубликованная заявка на пат. RU, №99118102, кл. F 41 Н 11/02, 1999 г.), в соответствии с которыми создают образы оптических ложных целей путем импульса или группу импульсов лазерного излучения с длиной волны, лежащей в спектральном диапазоне работы по данному объекту оптико-электронной системы наведения высокоточного боеприпаса, посылают данный импульс или группу импульсов в эфир из области пространства, находящейся в поле зрения, либо в секторе обзора оптико-электронной системы наведения высокоточного боеприпаса с лазерным наведением, при этом образы выносят за зону поражения объекта посредством передающего устройства, состоящего из генератора лазерного излучения, одного или нескольких световолоконных кабелей и устройств вывода удаленных на безопасное для охраняемого объекта расстояние. Реализация указанных известных технических решений предполагает наличие средства повышения интенсивности отраженного когерентного сигнала. Функционирование мощного источника когерентного излучения, а в данном случае необходим именно такой источник, является весьма энергозатратным. Таким образом, известное решение малопригодно для защиты мобильного объекта и практически не пригодно для защиты воздушного судна, не только по причине высокого энергопотребления, но и из-за невозможности эффективного удаления устройств вывода на безопасное для охраняемого объекта расстояние.

Известен способ защиты летательных аппаратов от ракет, оснащенных головками самонаведения, заключающийся в том, что в пространстве между летательным аппаратом и наиболее вероятным направлением возможной ракетной атаки противника формируют голографическое изображение реального источника, излучающего электромагнитные волны преимущественно в диапазоне частот видимого и инфракрасного спектра. В качестве ложной цели могут быть использованы также источники, излучающие электромагнитные волны и на других частотах, соответствующих рабочим частотам различных систем наведения ракет на воздушные цели (см. пат. RU, №2141094, кл. F 41 Н 11/02, 1998 г.). Указанный известный объект изобретения способ принят в качестве прототипа как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату аналог. Данный способ позволяет повысить эффективность и надежность защиты летательных аппаратов, поскольку обладает высокой степенью универсальности при противодействии средствам нападения, оснащенным различными системами самонаведения.

Недостатком способа-прототипа является необходимое наличие, как минимум, одного специального мощного источника когерентного излучения, посредством которого осуществляется формирование голографического изображения реального источника. Источники подобного типа громоздки и нуждаются в повышенном энергообеспечении. Воспроизведение голографического изображения в условиях естественной среды сопряжено с определенными трудностями, поскольку зависит от освещенности, прозрачности, наличия облачности и т.п. Гарантированное наличие приемлемых условий естественной среды, необходимых для реализации известного способа, не представляется возможным, поэтому постоянная защиты летательных аппаратов от ракет либо исключается, либо сопряжена с необходимостью еще большего увеличения мощности источника когерентного излучения, габариты и масса и энергопотребление которого становятся превосходящими соответствующие параметры полезной нагрузки и мощности силовых установок летательного аппарата.

Известна система защиты охраняемых объектов от управляемого авиационного оружия с инфракрасными головками самонаведения, содержащая имитаторы инфракрасного излучения, устройства обнаружения и предупреждения об авиационном нападении на охраняемый объект, подвижный пункт управления, систему визуальной и инфракрасной маскировки охраняемого объекта, распределитель управляющих сигналов, при этом каждый имитатор инфракрасного излучения выполнен в виде N радиально расположенных относительно охраняемого объекта излучателей, причем мощность каждого последующего излучателя превышает мощность предыдущего на величину пороговой чувствительности головки инфракрасного самонаведения авиационного оружия нападения, а расстояние между ними не превышает величины произведения радиуса зоны захвата головки самонаведения управляемого авиационного оружия на тангенс угла этой же зоны (см. пат. RU, №1619833, кл. F 41 J 2/02, 1988 г.). Указанный известный объект изобретения устройство принят в качестве прототипа как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату аналог. Система позволяет повысить эффективность и надежность защиты охраняемого объекта путем активного итерационного уведения управляемого авиационного оружия нападения от охраняемого объекта.

Недостатком устройства-прототипа является использование в качестве имитаторов инфракрасного излучения охраняемого объекта реальных излучателей, а не тепловых образов, что превращает систему в громоздкое сооружение с высоким энергопотреблением, габариты которого простираются за пределы объекта. Реализовать такую систему в условиях мобильного объекта не представляется возможным. Кроме того, система не позволяет сформировать пространственную траекторию перемещения имитаторов и тем более не способна вызвать нештатное функционирование аппаратуры самонаведения управляемого авиационного оружия.

Положительные свойства прототипов заслуживают того, чтобы быть максимально сохраненными, вместе с тем указанные недостатки не позволяют использовать известные из уровня техники решения в полной мере для целей заявляемых способа и устройства, что свидетельствует о соответствии группы изобретений критерию "новизна".

Способ пространственного смещения теплового образа и устройство для его реализации в соответствии с настоящим описанием являются группой изобретений, образующих единый изобретательский замысел и направленных на достижение единого технического результата, который выражается в повышении энергетической и массово-габаритной эффективности систем защиты, дистанционного контроля и управления при формировании, преимущественно в пределах габаритов объекта, подлежащего индивидуальной защите, его теплового образа. Формируемый тепловой образ является результатом многократного отражения лучистого потока реального источника объекта и/или имитационного источника расположенного на объекте, а его перемещение имеет постоянный и пространственный характер.

В конечном итоге, указанный технический результат позволяет осуществить постоянную и высокоэффективную защиту подвижного объекта и, что особенно важно, - воздушного.

Указанный положительный результат достигается следующим образом. Согласно способу пространственного смещения теплового образа, преимущественно объекта, подлежащего индивидуальной защите от летательных аппаратов, оснащенных головками самонаведения, работающими в диапазоне частот инфракрасного спектра излучения, формирование теплового образа объекта осуществляют на некотором удалении в виде изображения реального источника инфракрасного излучения объекта. В отличии от прототипа осуществляют постоянное последовательное повторение формирования теплового образа объекта в различных точках трехмерного пространства, изображение реального источника инфракрасного излучения объекта получают путем постоянного фокусированного отражения лучистого потока реального источника объекта и/или имитационного источника, расположенного на объекте, при этом осуществляют экранирование отражения в направлениях, не связанных с формированием теплового образа. Формирование теплового образа объекта в каждой точке трехмерного пространства осуществляют многократно на отражающих гранях путем последовательного направления на них фокусированного отражения лучистого потока реального и/или имитационного источника объекта с одновременным последовательным замещением граней, причем замещение граней осуществляют с частотой, превышающей частоту направления на них фокусированного отражения лучистого потока реального и/или имитационного источника объекта, при этом осуществляют постоянное сканирующее изменение направления отражения теплового образа объекта, формируемого на отражающих гранях.

Согласно способу последовательное формирования теплового образа объекта осуществляют предпочтительно в пределах габаритов объекта, в точках, которые располагают вдоль пространственно изогнутой линии, проходящей через максимальный габарит объекта.

В дополнение к изложенному, постоянное фокусирование и последовательное отражение лучистого потока реального и/или имитационного источника объекта в направлении отражающих граней осуществляют посредством подвижного криволинейного зеркала.

Во всех частных случаях реализации способа отражение теплового образа объекта, формируемого на отражающих гранях, осуществляют в направлении вероятного сектора нападения, при этом обеспечивают перекрытие индикатрисы излучения объекта, подлежащего индивидуальной защите индикатрисой отраженного теплового образа объекта.

Положительный результат в части устройства достигается тем, что устройство для пространственного смещения теплового образа, преимущественно объекта, подлежащего индивидуальной защите от летательных аппаратов, оснащенных головками самонаведения, работающими в диапазоне частот инфракрасного спектра излучения, включающее источник инфракрасного излучения объекта и взаимодействующие с ним последовательно расположенные формирователи теплового образа объекта, средство инфракрасной маскировки, в отличии от прототипа снабжено фокусирующим распределителем и концентраторами лучистого потока источника инфракрасного излучения объекта. Фокусирующий распределитель лучистого потока источника инфракрасного излучения объекта выполнен в виде вогнутого зеркала, каждый формирователь теплового образа объекта выполнен в виде объемной структуры с боковыми отражающими гранями, каждый концентратор лучистого потока выполнен в виде плоского зеркала, средство инфракрасной маскировки выполнено в виде купола с окнами. Источник инфракрасного излучения объекта, формирователи теплового образа объекта, средство инфракрасной маскировки, фокусирующий распределитель и концентраторы расположены в пределах габаритов объекта, фокусирующий распределитель подвижно установлен внутри купола таким образом, что лучистый поток источника инфракрасного излучения объекта полностью отражается от его вогнутого зеркала через окна в куполе, концентраторы лучистого потока расположены, по меньшей мере, попарно напротив каждого окна таким образом, что их плоские зеркала отражают лучистый поток от фокусирующего распределителя на отражающие грани объемной структуры, каждый формирователь теплового образа объекта подвижно установлен между парными концентраторами лучистого потока, вогнутое зеркало и каждая объемная структура установлены с возможностью вращения вокруг собственной оси с переменной по направлению угловой скоростью.

Возможно оснащение устройства приводами с кулачками, установленными с возможностью взаимодействия с вогнутым зеркалом и объемными структурами, для изменения направления угловой скорости их вращения. Вместе с этим возможно оснащение устройства цилиндрическим полым обтюратором с отражающей инфракрасное излучение внутренней поверхностью, неподвижно установленным внутри купола над вогнутым зеркалом фокусирующего распределителя с возможностью перекрытия бокового рассеяния лучистого потока источника инфракрасного излучения объекта.

В дополнение к изложенному целесообразно расположение источника и/или дополнительного источника инфракрасного излучения объекта в обтюраторе и выполнения их в виде модели селективного серого тела, спектральный диапазон излучения которого находится преимущественно в инфракрасном диапазоне и совпадает со спектральным диапазоном излучения объекта.

Во всех частных случаях реализации устройства купол средства инфракрасной маскировки предпочтительно выполнен из материала, отражающего и/или непроницаемого для лучистого потока источника инфракрасного излучения объекта.

Формирование образа объекта, подлежащего индивидуальной защите, на безопасном для самого объекта расстоянии, превышающем радиус поражения самонаводящейся головной части снаряда, является необходимым преимущественно для случаев реализации образа в статическом состоянии. При формировании перемещающегося образа объекта величина расстояния, на которое осуществляется это перемещение, перестает иметь первостепенное значение. Постоянно повторяющееся динамическое смещение образа объекта вдоль одной и той же линии пространственного характера, даже на небольшие расстояния, соизмеримые с габаритами объекта, и даже в его пределах, способно вызвать в системе самонаведения головной части снаряда управляющие воздействия, достаточные для неотвратимого изменения траектории полета снаряда, приводящего к промаху. Происходит это по двум причинам. Во-первых, современные быстродействующие системы обнаружения, слежения и управления, работающие в оптическом диапазоне частот инфракрасного спектра излучения, настроенные с высокой степенью избирательной способности на идентификацию реального объекта по спектру его излучения, безусловно, откликаются на любое непродолжительное перемещение не только самого реального объекта, но и его образа при условии идентичности их оптических характеристик. Многократно возникающее в системе самонаведения головной части снаряда управляющее воздействие не просто уводит снаряд от реального объекта, а преимущественно с ускорением по траектории "сваливания", что наиболее трудно парируется при коррекции. Во-вторых, краткосрочное облучение оптических приемных устройств потоком повышенной интенсивности, вероятно, приводит к возникновению эффекта "ослепления" и появлению сбоев в системе преобразования оптического сигнала. Таким образом, создается возможность создания компактной системы защиты мобильного объекта, все элементы которой расположены в пределах габаритов объекта.

Объекты, спектр излучения которых не совпадает с заложенным в память системы спектром излучения реального объекта, воспринимаются системой как помехи. Поэтому спектральный диапазон излучения образа объекта должен максимально совпадать со спектральным диапазоном излучения реального объекта. Естественно, что наиболее полно удовлетворять этому условию будет точная копия реального объекта либо его адекватное отражение. Использование точной копии в качестве ложной цели практически не имеет смыслового содержания, а вот использование для этих целей отражения лучистого потока реального источника объекта, когда это представляется возможным, является весьма эффективным с точки зрения снижения массы и энергопотребления системы. В случае, когда не представляется возможным использование для целей формирования теплового образа объекта его реального источника, например в модельных установках, либо при его полном экранировании, целесообразно использование фокусированного отражения лучистого потока имитационного источника. При частичном или временном экранировании реального источника недостаток мощности может быть компенсирован комбинацией его с имитационным источником, кроме того, комбинирование нивелирует неизбежную разницу в спектральных характеристиках источников.

Имитационным источником лучистого потока, наиболее полно соответствующим цели изобретения по своим спектральным характеристикам, массово-габариритным параметрам и энергопотреблению, является модель селективного серого тела. Указанный источник представляет собой работающий преимущественно на авиационном топливе газодинамический инфракрасный излучатель, формирующий равномерное температурное поле и характеризующийся суммарной мощностью излучения модели серого тела, с коэффициентом излучения (черноты) Ет<1,0 и селективным излучением светящейся сверхзвуковой газовой струи с соответствующим набором дискретных спектральных линий. Примером такого излучателя может служить излучающее серое тело с твердой поверхностью, обтекаемое высокотемпературной газовой струей.

Непрерывное смещение теплового образа объекта с постоянным его отображением в соответствии с настоящей группой изобретений практически невозможно, поскольку это потребовало бы бесконечного количества точек формирования теплового образа, да это и не является необходимым. Смещение теплового образа объекта осуществляют поточечно. На некой пространственно изогнутой линии выбирают минимально необходимое количество отстоящих друг от друга точек, в каждой из которых осуществляют формирование пачки тепловых образов объекта. Под пачкой понимается последовательное многократное возобновление и исчезновение (мерцание) одного и того же образа. Мерцание передается от точки к точке вдоль всей линии, а по прохождении всех точек линии возобновляется в начальной точке. Таким образом, в пределах габаритов объекта создается квазибегущий тепловой образ, постоянно возобновляющий свое удаление от реального источника лучистого потока объекта. Минимизация количества точек, которая снижает габариты, массу и энергопотребление устройства, без ухудшения его основной функции - защиты охраняемого объекта, возможна лишь до тех пор, пока расстояние между точками не превышает величины радиуса зоны захвата системы самонаведения головной части снаряда. Вместе с тем для формирования в системе самонаведения головной части снаряда устойчивого управляющего воздействия увода необходимо максимальное увеличение траектории пространственного смещения теплового образа. Для этого используют максимальный габарит объекта. Наиболее удаленные друг от друга точки объекта соединяют отрезком воображаемой пространственно изогнутой линии и вдоль него выстраивают точки формирования теплового образа объекта.

По существу настоящее изобретение представляет собой осуществляемую в соответствии с законом некой функции пространственно-временную модуляция лучистого потока по направлению, амплитуде и длительности импульсов. Таким образом, на приемное устройство системы слежения средства поражения воздействует не реальный и/или имитационный источник инфракрасного излучения объекта, а направленное отражение их теплового образа. Поэтому еще одним важным условием обеспечения эффективности защиты охраняемого объекта является создание возможностей для гарантированного восприятия приемным устройством направленного отражения. Для этого необходимо максимальное увеличение сектора и частоты сканирования, что обеспечивается многократным формированием теплового образа объекта на отражающих гранях, повышенной частотой их замещения и постоянным изменением угла их наклона.

Достаточная для восприятия интегральная мощность единичного отраженного теплового образа должна, безусловно, превышать пороговую чувствительность головки инфракрасного самонаведения. С другой стороны, индикатриса отраженного теплового образа объекта должна перекрывать индикатрису излучения реального объекта, подлежащего индивидуальной защите, в противном случае система слежения средства поражения просто не будет "отвлекаться" от реального объекта. Поскольку мощность располагаемого на объекте источника инфракрасного излучения, используемого для получения изображения теплового образа объекта, ограничена, эффективное ее использование для обеспечения требуемых параметров становится первоочередной задачей и достигается высокой полнотой отражения и переотражения, постоянной фокусировкой и экранированием лучистого потока. Для осуществления этих целей используются криволинейные и плоские отражающие (зеркальные) поверхности, площадь которых превышает размеры отображаемого на них теплового образа и оснащенные, как правило, специальным покрытием, обладающим повышенной отражательной способностью в основном спектральном диапазоне источника излучения. Причем экранирование лучистого потока в направлениях, не связанных с формированием теплового образа, позволят также улучшить условия инфракрасной маскировки объекта, подлежащего индивидуальной защите. В случае, когда представляется возможным предварительно определить направление вероятного сектора нападения, сектор отражения теплового образа объекта, формируемого на отражающих гранях, сужают в этом направлении, что существенно повышает эффективность защиты объекта.

Заявленная группа изобретений имеет изобретательский уровень, поскольку является результатом глубоких научных исследований и творческой проработки проблемы и даже для высококвалифицированного специалиста явным образом не следует из уровня техники.

Группа технических решений иллюстрирована чертежами.

На фиг.1 представлена принципиальная схема реализации способа пространственного смещения теплового образа; фиг.2 - наложение индикатрис излучения реального и имитационного источников лучистого потока; фиг.3 - устройство для пространственного смещения теплового образа; фиг.4 - купол устройства в разрезе; фиг.5 - формирователь с концентраторами лучистого потока.

На схеме двумя овалами 1 очерчены габариты объекта, подлежащего индивидуальной защите. Сам объект расположен в трехмерном пространстве между овалами 1 и условно не прочерчен, поскольку он может быть наземным, надводным и воздушным. В габаритах объекта расположены реальный источник 2 инфракрасного излучения, средство инфракрасной маскировки 3, формирователи 4 теплового образа объекта. Вне габаритов объекта условно изображен летательный аппарат 5, оснащенный головкой самонаведения, работающей в диапазоне частот инфракрасного спектра излучения, в индивидуальной защите от которого нуждается объект. Фокусированное отражение лучистого потока реального источника 2 объекта и/или имитационного источника 6 изображено на схеме в виде лучей, направленных от средства инфракрасной маскировки 3 в сторону каждого формирователя 4 теплового образа объекта. Через максимальный габарит объекта, который на схеме обозначен буквами А и С, проходит пространственно изогнутая линия 7, вдоль которой в пределах габаритов объекта приблизительно в точках А, В и С последовательно размещены формирователи 4 теплового образа объекта. Сканирующие отражения теплового образа объекта изображены на схеме в виде расходящихся конусом лучей от каждого формирователя 4 теплового образа объекта в сторону летательного аппарата 5.

На фиг.2 изображены с наложением один на другой реальный источник 2 и имитационный источник 6 лучистого потока объекта и соответствующие им индикатрисы 8 и 9. Следует отметить, что индикатриса излучения объекта, подлежащего индивидуальной защите, соответствует индикатрисе 8 излучения его реального источника 2 в направлении вероятного сектора нападения. Индикатрису излучения отраженного теплового образа объекта можно принять соответствующей индикатрисе 9 излучения его имитационного источника 6 лучистого потока объекта, поскольку потерями при переотражении можно пренебречь как несущественными. Индикатриса 9 имитационного источника 6, на фиг.2 она заштрихована более плотно, полностью перекрывает индикатрису 8 реального источника 2, на фиг.2 она заштрихована менее плотно.

Устройство для пространственного смещения теплового образа преимущественно объекта, подлежащего индивидуальной защите от летательных аппаратов, оснащенных головками самонаведения, работающими в диапазоне частот инфракрасного спектра излучения, состоит из основного 2 или 6 и/или дополнительного (только 6) источника инфракрасного излучения объекта, формирователей 4 теплового образа объекта, средства инфракрасной маскировки 3, фокусирующего распределителя 10 и концентраторов 11 лучистого потока источника инфракрасного излучения объекта. Концентраторы 11 на фиг.1, 3 условно не показаны. На фиг.3 изображен только основной источник инфракрасного излучения объекта в виде реального источника 2. На фиг.4 изображен источник инфракрасного излучения объекта в виде имитационного источника 6. Средство инфракрасной маскировки 3 выполнено в виде купола 12, в котором проделаны сквозные окна 13 прямоугольной формы. Внутри купола 12 подвижно установлен фокусирующий распределитель 10 лучистого потока, который выполнен в виде вогнутого зеркала 14. Каждый формирователь 4 теплового образа объекта выполнен в виде подвижно установленной объемной структуры с боковыми отражающими гранями 15. На фигурах формирователь 4 изображен в виде объемной структуры, представляющей собой правильную четырехгранную усеченную пирамиду с четырьмя одинаковыми отражающими гранями 15, каждая из которых представляет собой трапециевидное плоское зеркало. Каждый концентратор 11 лучистого потока также выполнен в виде плоского неподвижного зеркала. Концентраторы 11 лучистого потока расположены преимущественно парно по обе стороны и в непосредственной близости от соответствующего формирователя 4 теплового образа объекта. Несмотря на то что на фиг.1 и 3 концентраторы 11 лучистого потока условно не показаны, каждый формирователь 4 теплового образа объекта оснащен двумя концентраторами 11 лучистого потока, а вся эта конструкция расположена напротив своего окна 13.

Вогнутое зеркало 14 фокусирующего распределителя 10 и каждый формирователь 4 оснащены приводом 16 их вращательного перемещения вокруг собственной оси с переменной по направлению угловой скоростью. Каждый привод 16 содержит кулачок 17, установленный на валу 18, карданный вал 19 и редуктор 20. Ведущее звено редуктора 20 вогнутого зеркала 14 выполнено в виде червяка 21, а ведущее звено каждого редуктора 20 формирователя 4 - конического зубчатого колеса 22.

Внутри купола 12 над вогнутым зеркалом 14 фокусирующего распределителя 10 неподвижно установлен цилиндрический полый обтюратор 23 с отражающей инфракрасное излучение внутренней поверхностью 24.

Возможно исполнение устройства, в котором в качестве основного источника инфракрасного излучения объекта используется его реальный источник 2, расположенный вне купола 12 (фиг.3). В этом случае обтюратор 23 может быть оснащен фокусирующей линзой 25. Возможно исполнение устройства, в котором в качестве основного источника инфракрасного излучения объекта используется имитационный источник 6, расположенный в обтюраторе 23 (фиг.4). Возможно комбинированное исполнение устройства, в котором в качестве основного источника инфракрасного излучения объекта используется его реальный источник 2, расположенный вне купола 12, а имитационный источник 6, расположенный в обтюраторе 23, используется как дополнительный. Имитационный источник 6 располагается только в обтюраторе 23 и представляет собой модель селективного серого тела, спектральный диапазон излучения которого находится преимущественно в инфракрасном диапазоне и совпадает со спектральным диапазоном излучения объекта.

Возможны различные схемы исполнения группы изобретений в зависимости от целевого предназначения. Устройство по способу может быть применено для наземной опытной отработки оптических систем обнаружения, слежения, дистанционного контроля доступа, функционирующих в диапазоне частот не только инфракрасного, но и видимого спектра излучения.

Устройство, реализованное на основе способа пространственного смещения теплового образа и предназначенное преимущественно для индивидуальной защиты объекта от летательных аппаратов, оснащенных головками самонаведения, работающими в диапазоне частот инфракрасного спектра излучения, функционирует следующим образом.

Устройство характеризуются тем, что оно, будучи однажды смонтированным на объекте и настроенным на определенный сектор, может быть включено в любой момент и функционировать сколь угодно долго, при наличии соответствующего питания. В результате функционирования реального 2 и/или имитационного 6 источников образуется рассеянный лучистый поток некогерентного излучения с заданной спектральной характеристикой преимущественно в инфракрасной области. Лучистый поток от реального 2 источника в силу его внешнего расположения относительно купола 12 лишь частично удается использовать для создания теплового образа, и даже при наличии фокусирующей линзы 25 его мощности может не хватить для получения требуемой индикатрисы. Лучистый поток от имитационного 6 источника практически полностью используется для создания теплового образа. Концентрации лучистого потока в направлении вогнутого зеркала 14 фокусирующего распределителя 10 способствует цилиндрический полый обтюратор 23, отражающая внутренняя поверхность 24 которого надежно перекрывает боковое рассеяние. С помощью вогнутого зеркала 14 осуществляют постоянное фокусирование лучистого потока и последовательное его полное отражение в направлении отражающих граней 15 формирователей 4. Фокусирование осуществляется за счет криволинейности отражающей поверхности вогнутого зеркала 14, а отражение в нужном направлении - за счет его вращательно-колебательного движения. Сложное движение вогнутого зеркала 14 осуществляется с помощью специального привода 16 следующим образом. При вращении червяка 21 движение передается через тихоходный редуктор 20 на карданный вал 19 и вал 18 кулачка 17. Карданный вал 19 сообщает вогнутому зеркалу 14 вращение с постоянной по величине угловой скоростью ω1, а кулачок 17 в процессе его вращения постоянно изменяет при участии карданного сочленения наклон вогнутого зеркала 14, тем самым осуществляя изменение направления вектора угловой скорости ω1 на ω2. Кулачковый механизм, несмотря на его простоту, способен обеспечить сколь угодно сложный колебательный закон изменения направления угловой скорости вращения. Частота вращения вогнутого зеркала 14 равна частоте вращения кулачка 17 его привода 16, поэтому отраженный от вогнутого зеркала 14 фокусированный лучистый поток постоянно перемещается вдоль одной и той же замкнутой кривой. Фокусирующий распределитель 10 располагается внутри купола 12, выполненного из материала отражающего и/или непроницаемого для инфракрасного излучения, поэтому отраженный от вогнутого зеркала 14 фокусированный лучистый поток имеет возможность проникнуть наружу только через его сквозные окна 13 прямоугольной формы, выполненные в боковой стенке купола 12 на различном уровне. Против каждого такого окна вне купола 12, но в пределах габаритов объекта, расположена пара концентраторов 11 лучистого потока с формирователем 4 теплового образа объекта между ними. Таким образом, отраженный от вогнутого зеркала 14 фокусированный лучистый поток из купола 12 распространяется только в направлении концентраторов 11 и формирователей 4 и экранируется в направлениях, не связанных с формированием теплового образа. Благодаря строго определенному взаимному расположению отражающих поверхностей всех элементов устройства фокусированный лучистый поток по ходу движения вогнутого зеркала 14 сначала отражается на первом концентраторе 11 формирователя 4, расположенного в точке А пространственно изогнутой линии 7, затем на отражающих гранях 15 этого формирователя 4, далее на втором концентраторе 11. После прохождения точки А аналогичным образом проходится точка В, за нею точка С. Принципиально количество точек может быть любым, но не менее трех. По завершении вогнутым зеркалом 14 полного оборота процесс повторяется с началом в точке А. Концентраторы 11 не формируют тепловой образа, они лишь переотражают фокусированный лучистый поток от распределителя 10 на отражающие грани 15 формирователя 4, увеличивая количество тепловых образов объекта в пачке. Многократное последовательное формирование перемещающегося теплового образа объекта, непосредственно воздействующего на приемное устройство летательного аппарата 5, осуществляется на отражающих гранях 15. Фокусированный лучистый поток как со стороны концентраторов 11, так и непосредственно от распределителя 10 формирует на замещающих одна другую отражающих гранях 15 тепловой образ, отражение которого постоянно сканирует пространство над объектом в виде расходящихся конусом лучей от каждого формирователя 4 теплового образа объекта в сторону летательного аппарата 5. Таким образом, область распространения пространственно перемещаемого отраженного теплового образа имеет вид не плоского сектора, а телесного угла. Сканирование осуществляется за счет вращательного перемещения вокруг собственной оси с переменной по направлению угловой скоростью конструкции в виде правильной четырехгранной усеченной пирамиды с четырьмя одинаковыми отражающими боковыми гранями 15. Сложное движение формирователя 4 осуществляется с помощью специального привода 16. При вращении конического зубчатого колеса 22 движение передается через редуктор 20 на карданный вал 19 и вал 18 кулачка 17. Карданный вал 19 сообщает формирователю 4 вращение с постоянной по величине угловой скоростью ω3, а кулачок 17 в процессе его вращения постоянно изменяет при участии карданного сочленения наклон формирователя 4, тем самым осуществляя изменение направления вектора угловой скорости ω3 на ω4. Частота замещения отражающих граней fμ, измеряемая в герцах (Гц), будет определяться зависимостью:

fμ=ω3·N,

где N - число отражающих граней 15, а частота направления на них фокусированного отражения лучистого потока fν измеряемая в герцах (Гц), будет определяться зависимостью:

fν=ω1·(М+1),

где М - число концентраторов 11 лучистого потока в каждой точке. Для обеспечения приемлемых параметров сканирования необходимо соблюдение условия:

а кроме того, угловая скорость вращения формирователя 4 должна превышать угловую скорость вращения кулачка 17, что обеспечивается подбором передаточных чисел редуктора 20 их привода 16. При несоблюдении соотношения (1) скорость пространственного смещения теплового образа от одной точки к другой будет равна или, что еще хуже, будет превышать скорость сканирования. В конечном итоге, несоблюдение соотношения (1) приведет к тому, что отражение теплового образа объекта, формируемое в отдельной точке, не попадет на приемное устройство летательного аппарата 5. Возникший пропуск точки на приемном устройстве нарушит пространственную последовательность смещения теплового образа, она станет восприниматься как беспорядочная и эффект уведения управляемого авиационного средства нападения не будет достигнут.

Таким образом, на летательный аппарат 5, оснащенный головкой самонаведения, работающей в диапазоне частот инфракрасного спектра излучения, оказывают воздействие посредством пространственного смещения теплового образа объекта, подлежащего индивидуальной защите, и активно осуществляют уведение управляемого авиационного средства нападения от охраняемого объекта, что гарантирует постоянную и высокоэффективную защиту, в том числе и мобильного объекта.

Изобретение относится к оптико-механическим средствам имитации образа источника излучения, преимущественно в инфракрасной области. Способ пространственного смещения теплового образа (ПСТО) объекта, подлежащего защите, заключается в постоянном последовательном повторении формирования теплового образа объекта в различных точках пространства, на отражающих гранях путем последовательного направления на них фокусированного отражения лучистого потока реального и/или имитационного источника объекта с одновременным последовательным замещением граней. Замещение граней осуществляют с частотой, превышающей частоту направления на них фокусированного отражения, при этом осуществляют постоянное сканирующее изменение направления отражения теплового образа объекта, формируемого на отражающих гранях. Устройство для ПСТО включает расположенные на объекте источник инфракрасного излучения, формирователи теплового образа объекта, выполненные в виде объемных структур с боковыми отражающими гранями, фокусирующий распределитель в виде вогнутого зеркала, концентраторы лучистого потока в виде плоского зеркала, средство инфракрасной маскировки в виде купола с окнами. Технический результат - повышение эффективности систем защиты подлежащего защите объекта. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ пространственного смещения теплового образа, преимущественно объекта, подлежащего индивидуальной защите от летательных аппаратов, оснащенных головками самонаведения, работающими в диапазоне частот инфракрасного спектра излучения, заключающийся в формировании на некотором удалении теплового образа объекта в виде изображения реального источника инфракрасного излучения объекта, отличающийся тем, что осуществляют постоянное последовательное повторение формирования теплового образа объекта в различных точках трехмерного пространства, изображение реального источника инфракрасного излучения объекта получают путем постоянного фокусированного отражения лучистого потока реального источника объекта и/или имитационного источника, расположенного на объекте, при этом осуществляют экранирование отражения в направлениях, не связанных с формированием теплового образа, формирование теплового образа объекта в каждой точке трехмерного пространства осуществляют многократно на отражающих гранях путем последовательного направления на них фокусированного отражения лучистого потока реального и/или имитационного источника объекта с одновременным последовательным замещением граней, причем замещение граней осуществляют с частотой, превышающей частоту направления на них фокусированного отражения лучистого потока реального и/или имитационного источника объекта, при этом осуществляют постоянное сканирующее изменение направления отражения теплового образа объекта, формируемого на отражающих гранях.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что формирование теплового образа объекта осуществляют в пределах габаритов объекта.3. Способ по п.2, отличающийся тем, что последовательное формирование теплового образа объекта осуществляют в точках, которые располагают вдоль пространственно изогнутой линии, проходящей через максимальный габарит объекта.4. Способ по п.3, отличающийся тем, что постоянное фокусирование и последовательное отражение лучистого потока реального и/или имитационного источника объекта в направлении отражающих граней осуществляют посредством подвижного криволинейного зеркала.5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что отражение теплового образа объекта, формируемого на отражающих гранях, осуществляют в направлении вероятного сектора нападения, при этом обеспечивают перекрытие индикатрисы излучения объекта, подлежащего индивидуальной защите, индикатрисой отраженного теплового образа объекта.6. Устройство для пространственного смещения теплового образа, преимущественно объекта, подлежащего индивидуальной защите от летательных аппаратов, оснащенных головками самонаведения, работающими в диапазоне частот инфракрасного спектра излучения, включающее источник инфракрасного излучения объекта и взаимодействующие с ним последовательно расположенные формирователи теплового образа объекта, средство инфракрасной маскировки, отличающееся тем, что оно снабжено фокусирующим распределителем и концентраторами лучистого потока источника инфракрасного излучения объекта, фокусирующий распределитель лучистого потока источника инфракрасного излучения объекта выполнен в виде вогнутого зеркала, каждый формирователь теплового образа объекта выполнен в виде объемной структуры с боковыми отражающими гранями, каждый концентратор лучистого потока выполнен в виде плоского зеркала, средство инфракрасной маскировки выполнено в виде купола с окнами, источник инфракрасного излучения объекта, формирователи теплового образа объекта, средство инфракрасной маскировки, фокусирующий распределитель и концентраторы расположены в пределах габаритов объекта, фокусирующий распределитель подвижно установлен внутри купола таким образом, что лучистый поток источника инфракрасного излучения объекта полностью отражается от его вогнутого зеркала через окна в куполе, концентраторы лучистого потока расположены, по меньшей мере, попарно напротив каждого окна таким образом, что их плоские зеркала отражают лучистый поток от фокусирующего распределителя на отражающие грани объемной структуры, каждый формирователь теплового образа объекта подвижно установлен между парными концентраторами лучистого потока, вогнутое зеркало и каждая объемная структура установлены с возможностью вращения вокруг собственной оси с переменной по направлению угловой скоростью.7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что оно снабжено приводами с кулачками, установленными с возможностью взаимодействия с вогнутым зеркалом и объемными структурами, для изменения направления угловой скорости их вращения.8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что оно снабжено цилиндрическим полым обтюратором с отражающей инфракрасное излучение внутренней поверхностью, неподвижно установленным внутри купола над вогнутым зеркалом фокусирующего распределителя с возможностью перекрытия бокового рассеяния лучистого потока источника инфракрасного излучения объекта.9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что источник инфракрасного излучения объекта расположен в обтюраторе и представляет собой модель селективного серого тела, спектральный диапазон излучения которого находится преимущественно в инфракрасном диапазоне и совпадает со спектральным диапазоном излучения объекта.10. Устройство по п.8, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным источником инфракрасного излучения объекта, который расположен в обтюраторе и представляет собой модель селективного серого тела, спектральный диапазон излучения которого находится преимущественно в инфракрасном диапазоне и совпадает со спектральным диапазоном излучения объекта.11. Устройство по п.9 или 10, отличающееся тем, что купол средства инфракрасной маскировки выполнен из материала, отражающего и/или не проницаемого для лучистого потока источника инфракрасного излучения объекта.