СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ И ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ НАБЛЮДЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2014 года по МПК G01S17/06 

Изобретение относится к оптической и лазерной локации, системам наблюдения в оптическом диапазоне и к квантовой электронике.

Изобретение может быть использовано в системах наблюдения для обнаружения оптических и оптико-электронных (ОЭ) приборов и средств наблюдения и прицеливания, а также для определения типа обнаруженных оптических и ОЭ средств и их идентификации.

Известен способ обнаружения средств оптического и оптоэлектронного типа по патенту РФ №2133485 [1], заключающийся в зондировании контролируемого объема пространства сканируемым импульсным лазерным излучением, приеме оптических сигналов с заданной дальности, преобразовании принятых сигналов в видеосигнал, пороговой селекции принятых сигналов, зондировании объема пространства с фиксированной частотой, кодировании излучаемой последовательности импульсов лазерного излучения, выявлении сигнала тревоги. К недостаткам данного способа следует отнести невысокую вероятность правильного обнаружения средств оптического типа при простой пороговой обработке (селекции) принятого сигнала на фиксированной длине волны от контролируемого объема пространства, а также невозможность определения принадлежности обнаруженного оптического средства к конкретному классу средств оптоэлектронного типа, т.е. распознавания обнаруженного объекта. Вторым недостатком данного способа обнаружения является его собственная уязвимость по отношению к оптическим средствам обнаружения и распознавания внешнего наблюдателя, т.к. при осуществлении зондирования контролируемого объема пространства (КОП) импульсным лазерным излучением на фиксированной длине волны устройство, реализующее способ, демаскирует себя и может быть обнаружено и идентифицировано внешним наблюдателем, осуществляющим поиск и контроль излучений, облучающих место нахождения средств обнаружения данного вероятного стороннего наблюдателя.

Известен способ обнаружения глаз людей и животных по патенту РФ №2223516 от 10.02.2004 г. [2], включающий облучение лоцирумого объема пространства импульсным сканируемым излучением в диапазоне длин волн 450-700 мкм и определение глаз по отношению интенсивностей отраженного излучения на двух длинах волн -λ₁ и λ₂. К недостаткам данного способа следует отнести невысокую достоверность полученных результатов, малую вероятность правильного определения наличия заданного объекта, малую дальность действия. Указанные недостатки обусловлены отсутствием определения и компенсации фонового излучения, которое в реальных условиях может полностью изменить соотношения между принимаемым излучением на λ₁ и λ₂, особенно при широкополосном зондирующем излучении. Также недостатком данного способа является его ограниченное применение, что исключает возможность его использования для обнаружения и распознавания широкого класса оптических и ОЭ приборов.

В качестве прототипа выбран способ обнаружения оптических и оптоэлектронных средств наблюдения по патенту РФ №2278399 [3].

Данный способ включает зондирование контролируемого объема пространства (КОП) сканируемым импульсным лазерным излучением (ЛИ) на фиксированной длине волны, прием отраженного от КОП ЛИ с заданной дальности, преобразовании принятого ЛИ в электрический сигнал и пороговую обработку сформированного электрического сигнала, формирование сигнала тревоги - сигнала обнаружения объекта на основании пороговой обработки, определение дальности до обнаруженного объекта, прием сигналов естественного фонового излучения от КОП, изменение частоты повторения ЛИ, формирование разностного видеосигнала из сигналов ЛИ и сигналов естественного фонового излучения и его пороговую обработку, формирование композитного видеосигнала и его преобразование в оптический сигнал для наблюдения оператором.

К недостаткам способа-прототипа следует отнести невысокую вероятность и эффективность правильного обнаружения приборов и средств наблюдения оптико-электронного типа, а также невозможность распознавания обнаруженных объектов и определение их принадлежности к ОЭ-приборам соответствующего класса. Эти недостатки обусловлены тем, что собственно обнаружение объекта - прибора ОЭ-типа - осуществляют посредством простой пороговой обработки принятого отраженного сигнала от КОП, т.е. на основании превышения принятого импульсного сигнала некоторого установленного уровня. При этом отраженный от КОП сигнал, превышающий фиксированный порог, может быть получен и от ряда объектов естественного происхождения, не принадлежащих к приборам ОЭ-типа, т.к. уровень отраженного сигнала на некоторой фиксированной длине волны лазерного излучения не может быть использован в качестве достоверного критерия принадлежности обнаруженного объекта к приборам ОЭ-типа. Различные аддитивные манипуляции с уровнем фонового излучения и формирование разностных сигналов также не приводят к повышению вероятности правильного обнаружения приборов и средств ОЭ-типа.

В качестве прототипа для устройства, реализующего способ, выбрано устройство, реализующее способ-прототип [3].

Достигаемым новым техническим результатом является повышение вероятности обнаружения и распознавания оптических и оптоэлектронных приборов и средств наблюдения и определение их принадлежности к известным классам ОЭ-приборов. Также достигается дополнительный положительный эффект - уменьшение возможности обнаружения предлагаемого устройства внешними наблюдателями, в т.ч. средствами обнаружения ОЭ-типа.

Указанный технический результат достигается следующим.

1. В способе, включающем зондирование контролируемого объема пространства (КОП) сканируемым импульсным лазерным излучения (ЛИ) на длине волны λ₁, прием отраженных сигналов ЛИ и сигналов естественного фонового излучения от КОП, преобразование принятого ЛИ в электрический сигнал, его пороговую обработку и определение дальности до обнаруженного ОЭСН,

прием сигналов естественного фонового излучения от КОП осуществляют перед зондированием КОП, в принятом естественном фоновом излучении от КОП измеряют спектральное распределение излучения, в измеренном спектральном распределении определяют соотношение между интенсивностями W₁, W₂, W₃ основных спектральных компонент цветовой гаммы видимого диапазона длин волн, на длине волны λ₁ и на двух дополнительных длинах волн λ₂, λ₃, соответствующих интенсивностям W₁, W₂, W₃ и образующих в совокупности оптическое излучение белого цвета, генерируют пучки импульсного ЛИ на длинах волн λ₁, λ₂, λ₃ с соотношением интенсивностей пучков P₁, P₂, P₃, соответствующим соотношению между интенсивностями W₁, W₂, W₃ основных спектральных компонент в спектральном распределении фонового излучения от КОП, формируют суммарный пучок ЛИ посредством оптического суммирования пучков на длинах волн λ₁, λ₂, λ₃, измеряют его спектральное распределение, сравнивают со спектральным распределением естественного излучения от КОП и корректируют его до достижения равенства соотношений спектральных компонент суммарного пучка ЛИ и естественного фонового излучения от КОП на длинах волн λ₁, λ₂, λ₃, далее осуществляют зондирование КОП сформированным пучком ЛИ и прием на длинах волн λ₁, λ₂, λ₃ и в широкой спектральной полосе ∆λ=λ₃-λ₁, после преобразования принятого ЛИ в электрические сигналы и их пороговой обработки, измеряют уровни принятых оптических сигналов ЛИ, определяют величины показателей световозвращения (ПСВ) для трех длин волн и для полосы ДА, по ним формируют спектральный портрет ПСВ обнаруженного ОЭСН и сравнивают его с банком данных ПСВ, на основании сравнения осуществляют окончательное обнаружение ОЭСН и определение его принадлежности к известному типу ОЭСН (распознавание ОЭСН).

2. Определение показателей световозвращения (ПСВ) П_i для каждой из используемых для подсвета контролируемого пространства (КОП) длин волн лазерного излучения λ_i (i=1, 2, 3) осуществляют в соответствии со следующей формулой:

,

где E_i - величина уровня принятого оптического сигнала, отраженного от КОП на длине волны λ_i (1=1, 2, 3) зондирующего КОП ЛИ;

- величина энергии (мощности) зондирующего КОП ЛИ на длине волны λ_i;

θ_ni - расходимость пучка ЛИ на длине волны λ_i (плоский угол);

L - измеренная дальность до обнаруженного объекта;

D_пр - диаметр (действующий) приемного объектива реализующего способ устройства;

τ_ОМТ - величина пропускания оптико-механического тракта реализующего устройства;

τ_атм - величина пропускания атмосферного тракта на соответствующей длине волны λ_i.

3. Определение показателя световозвращения (ПСВ) П_∆ для широкой полосы длин волн ∆λ=λ₃-λ₁ зондирующего ЛИ осуществляют в соответствии со следующей формулой:

,

где E_∆ - величина уровня принятого оптического сигнала, отраженного от КОП, зарегистрированного широкополосным фотоприемником устройства, реализующего способ, в широкой полосе длин волн ∆λ=λ₃-λ₁;

P_∆ - суммарная величина энергии (мощности) ЛИ, зондирующего КОП ;

θ_ср, , τ_{атм ср} - усредненные по длинам волн λ₁, λ₂, λ₃ величины расходимости ЛИ, пропускания оптико-механического тракта и пропускания атмосферы.

4. В устройство обнаружения оптических и оптико-электронных средств наблюдения, содержащее последовательно размещенные на оптической оси блок сканирования, первый лазерный генератор, работающий на первой длине волны λ₁, первый объектив, оптический вход которого связан посредством оптического зеркала с оптическим входом блока сканирования, первый фотоприемник, оптический вход которого посредством первого оптического фильтра, первой линзы и второго оптического зеркала связан с оптическим выходом первого объектива, первый блок обработки информации, вход которого соединен с выходом первого фотоприемника, второй объектив, оптическая ось которого параллельна оптической оси блока сканирования,электрический вход которого подключен к первому блоку обработки информации, введены второй и третий лазерные генераторы, три управляемых оптических фильтра, оптический сумматор, оптический спектроанализатор, четыре фотоприемных блока, второй блок обработки информации, блок распознавания, первое и второе откидные зеркала, три фотоприемника, три оптических фильтра, четыре полупрозрачных зеркала и четыре оптических зеркала, а также четыре волоконно-оптических световода, при этом оптический вход оптического спектроанализатора связан с оптическим выходом второго объектива, оптический выход оптического спектроанализатора посредством волоконно-оптических световодов связан со входами четырех фотоприемных блоков, выходы которых подсоединены ко второму блоку обработки информации, оптический вход оптического сумматора через три управляемых оптических фильтра, полупрозрачное и оптическое зеркала связаны с соответствующими оптическими выходами первого, второго и третьего лазерных генераторов, выход оптического сумматора связан с оптическим входом блока сканирования, а посредством первого откидного зеркала, двух оптических зеркал и второго откидного зеркала оптически связан с оптическим входом оптического спектроанализатора, оптический выход первого объектива оптически связан с вновь введенными вторым, третьим и четвертым фотоприемниками посредством трех полупрозрачных зеркал, трех линз и трех оптических фильтров, выходы второго, третьего и четвертого фотоприемников подсоединены ко входам первого блока обработки информации, выходы которого подключены к блоку распознавания и второму блоку обработки информации, выходы которого подсоединены к управляющим входам первого, второго и третьего лазерных генераторов, первого, второго и третьего управляемых фильтров и первого и второго откидных зеркал.

5. Оптический спектроанализатор выполнен на основе оптической дифракционной решетки.

6. Блок распознавания выполнен на основе цифровой электронно-вычислительной машины, содержащей блок данных величин эталонных портретов спектральных показателей световозвращения (ПСВ).

На фиг.1 приведена блок-схема устройства, реализующего предложенный способ, где обозначены следующие элементы.

1 - Лазерный генератор, работающий на длине волны λ₁ (ЛГ)

2; 3 - Лазерные генераторы, работающие на длинах волн λ₂ и λ₃

4; 5; 6 - Управляемые оптические фильтры

7 - Оптический сумматор

8 - Блок сканирования

9 - Первый объектив

10; 11; 12; 13 - Фотоприемники

14; 15; 16; 17 - Линзы

18 - Первый блок обработки информации

19 - Второй объектив

20 - Оптический спектроанализатор

21; 22; 23; 24 - Фотоприемные блоки (ФП)

25 - Второй блок обработки информации

26 - Полупрозрачное зеркало

27; 28; 29 - Оптические зеркала

30 - Первое откидное зеркало

31 - Блок управления вторым откидным зеркалом

32 - Блок управления первым откидным зеркалом

33 - Второе откидное зеркало

34; 35 - Оптические зеркала

36; 37; 38 - Полупрозрачные зеркала

39 - Оптическое зеркало

40; 41; 42; 43 - Оптические фильтры

44 - Блок распознавания

45 - контролируемый объем пространства (КОП)

46 - оптико-электронный прибор (ОЭП)

47; 48; 49; 50 - волоконные оптические световоды.

В ограничительной части формулы изобретения на устройство присутствуют элементы, по сути и функциям общие с элементами устройства-прототипа, но имеющие разные наименования:

- первый блок обработки информации, функции которого в прототипе выполняет блок обработки видеосигналов;

- первый объектив, в прототипе входящий в состав видеокамеры;

- блок сканирования, в прототипе входящий в состав лазера и обеспечивающий зондирование КОП импульсным ЛИ.

При этом второй блок обработки информации является вновь введенным и выполняет новую функцию обработки оптических сигналов с выхода оптического спектроанализатора 20 (фиг.1).

Принцип действия способа заключается в следующем.

С помощью блока сканирования 8 (см. фиг.1) осуществляют зондирование КОП 45 импульсным ЛИ одновременно на трех длинах волн λ₁, λ₂, λ₃, генерируемых лазерными генераторами (ЛГ) 1, 2, 3. Управление блоком сканирования осуществляют по сигналам, поступающим от первого блока обработки информации 18.

До зондирования КОП ЛИ осуществляют измерение спектрального распределения фонового излучения от КОП 45. Для этого с помощью второго объектива 19, направленного на КОП, осуществляют непрерывный прием естественного фонового излучения. Принятое фоновое излучение поступает на вход оптического спектроанализатора 20, который осуществляет формирование спектрального распределения принятого излучения в виде, например, пространственного оптического распределенного сигнала.

Отдельные спектральные составляющие сформированного спектрального пространственного распределения с помощью волоконных световодов 47÷50 поступают с выхода оптического спектроанализатора 20 на входы фотоприемных блоков 21÷24, которые регистрируют уровни фонового излучения от КОП на длинах волн λ₁ λ₂ λ₃ - фотоприемные блоки 21÷23, а также регистрируют уровень суммарного фонового излучения в спектральном диапазоне ∆λ=λ₃-λ₁ (фотоприемный блок - 24). Информация об уровнях спектрального распределения фонового излучения на указанных длинах волн поступает на вход второго блока обработки информации 25. Измерение спектрального распределения фонового излучения от КОП 45 осуществляют на трех фиксированных длинах волн λ₁ λ₂ λ₃, которые выбирают соответствующими основным компонентам цветовой гаммы видимого диапазона длин волн, а именно: λ₁ - соответствует длине волны красного цвета, λ₂ - длине волны зеленого цвета, λ₃ - длине волны синего цвета. Соответственно λ₁=0,7 мкм, λ₂=0,54 мкм, λ₃=0,43 мкм.

В настоящее время для указанных длин волн существуют источники лазерного излучения [4]. Во втором блоке обработки информации 25 на основе уровней интенсивности сигналов с выходов фотоприемных блоков 21, 22, 23 определяют соотношение между интенсивностями W₁, W₂, W₃ спектральных компонент фонового излучения на выбранных длинах волн соответственно λ₁ λ₂ λ₃. Далее в моменты времени генерации лазерного излучения с помощью лазерных генераторов поз.1, 2, 3 устанавливают соотношение между интенсивностями генерируемых лазерных импульсов соответственно на длинах волн λ₁-P₁ (лазерный генератор 1 на фиг.1); λ₂-P₂ и λ₃-P_3, соответствующими соотношению между интенсивностями спектральных компонент на соответствующих длинах волн λ₁ λ₂ λ₃ в измеренном спектральном распределении фонового излучения от контролируемого объема пространства КОП 45. При этом устанавливают следующее соотношение между величинами (интенсивностями) лазерных импульсов, генерируемых лазерными генераторами 1, 2, 3 на длинах волн λ₁ λ₂ λ₃: P₁ P₂ P₃ и интенсивностями W₁, W₂, W₃ спектральных компонент фонового излучения на длинах волн λ₁ λ₂ λ₃:

Управление величинами лазерных импульсов, генерируемых лазерными генераторами поз.1, 2, 3, осуществляют по командам от второго блока обработки информации 25, поступающим в лазерные генераторы, и сформированные на основании измерений уровней лазерного излучения от генераторов ЛИ с помощью фотоприемных блоков 21-24. Далее осуществляют оптическое суммирование трех лазерных импульсов - пучков лазерного излучения, генерируемых лазерными генераторами поз. 1, 2, 3 на фиг.1 с помощью оптического сумматора 7, на который поступает лазерное излучение с выходов указанных лазерных генераторов. Сформированное суммарное лазерное излучение на выходе оптического сумматора 7 содержит спектральные компоненты на трех длинах волн λ₁ λ₂ λ₃ в соотношении, соответствующем соотношению спектральных компонент в фоновом излучении КОП 45.

Далее осуществляют измерение спектрального распределения сформированного суммарного пучка лазерного излучения с выхода оптического сумматора 7 и сравнение его с измеренным спектральным распределением фонового излучения от контролируемого объема пространства. Для этого с помощью первого и второго откидных зеркал 30 и 33 сформированное излучение с выхода оптического сумматора 7 поступает на вход оптического спектроанализатора 20, осуществляющего формирование пространственного спектрального распределения, которое затем регистрируют на длинах волн λ₁ λ₂ λ₃ посредством фотоприемных блоков 21-23. Блоки 21-23 аналогично регистрируют спектральное распределение фонового излучения от КОП 45. Блок 24 регистрирует суммарный уровень излучения в некотором выбранном диапазоне длин волн ∆λ=λ₃-λ₁. Во втором блоке обработки информации 25 осуществляют регистрацию спектрального распределения суммарного пучка ЛИ P₁₁, P₂₁, P₃₁ (с учетом ослабления в оптических элементах 7, 28, 29, 30, 33, 20, через которые проходит сформированное ЛИ). Далее измеренное распределение интенсивностей (амплитуд импульсов) сравнивают с ранее измеренным и запомненным в блоке информации 25 спектральным распределением интенсивности фонового излучения W₁, W₂, W₃ от КОП 45. По результатам этого сравнения осуществляют коррекцию спектрального пучка ЛИ до достижения равенства соотношений спектральных компонент P₁₁, P₂₁, P₃₁ на выходе оптического сумматора 7 соотношениям спектральных компонент W₁, W₂, W₃ в измеренном спектральном распределении фонового излучения от КОП 45.

Коррекцию осуществляют с помощью управляемых оптических фильтров 4, 5, 6, на которые поступают управляющие сигналы с выхода второго блока обработки информации 25, раздельно для каждой длины волны λ₁ λ₂ λ₃. Подстройку пропускания управляемых фильтров 4, 5, 6 раздельно по каждой длине волны осуществляют до точного достижения следующего равенства:

В результате осуществленной коррекции спектрального распределения сформированного суммарного пучка на выходе оптического сумматора 7 образуется пучок лазерного излучения на трех фиксированных длинах волн λ₁ λ₂ λ₃, образующих цветовую гамму белого света, спектральное распределение которого на основных длинах волн λ₁ λ₂ λ₃ точно соответствует спектральному распределению (составу) данных длин волн в фоновом излучении от КОП. Сформированные в результате данной коррекции интенсивности лазерных пучков P₁, P₂, P₃ на соответствующих длинах волн λ₁ λ₂ λ₃, измеренные фотоприемными блоками 21-23, а также величину P_∆ в спектральном диапазоне ∆λ, измеренную блоком 24, запоминают во втором блоке обработки информации 25.

В результате в блоке обработки информации 25 запоминаются следующие величины энергии (или мощности) импульсов пучков ЛИ P_ni, генерируемые лазерными генераторами, и приведенными к выходу блока сканирования 8:

, i=1, 2, 3; λ₁={λ₁; λ₂; λ₃;},

где γ_i - соответствующий корректирующий коэффициент для каждой длины волны λ_i, связывающий величину энергии (мощности) ЛИ E_i на соответствующей длине волны λ_i, измеренной в ФП блоках 21÷24, с величиной энергии ЛИ на выходе блока сканирования 8, т.е. с величиной энергии (мощности) ЛИ, излученной в направлении КОП 45. Данные измеренные величины далее будут использованы для определения параметров спектрального портрета показателей световозвращения обнаруженного объекта-ОЭП поз.46 в КОП 45. Корректирующие коэффициенты γ_i являются фиксированными техническими параметрами устройства и определяются соответствующими коэффициентами пропускания τ_j оптических зеркал, блока сканирования 8 и спектроанализатора 20, волоконных световодов 47÷50 на соответствующих длинах волн:

,

где τ_j - пропускание соответствующего оптического элемента соответствующей позиции на фиг.1 на длине волны λ_i. Например, τ₈ - пропускание блока сканирования 8. Пропускание зеркал 28, 29 выбрано достаточно малым для ослабления излучения с выхода оптического сумматора 7 до уровня чувствительности фотоприемных блоков 21-24. Далее этот сформированный суммарный пучок ЛИ поступает на блок сканирования 8, с помощью которого осуществляют зондирование контролируемого объема пространства сканируемым импульсным излучением на трех длинах волн λ₁ λ₂ λ₃ одновременно. На этой стадии откидное зеркало 30 не участвует в работе оптического канала. Далее осуществляют прием оптического излучения, отраженного от КОП 45 с помощью первого объектива 9 и преобразование принятого излучения в электрические сигналы посредством фотоприемников поз.10-12 (фиг.1), каждый из которых работает на соответствующей длине волны λ₁ λ₂ λ₃. Фотоприемник поз.13 регистрирует излучение в широкой спектральной полосе ∆λ=λ₃-λ₁. Перед каждым из фотоприемников поз.10-12 установлены спектральные узкополосные фильтры (например интерференционные), на соответствующую длину волны λ₁-λ₃, поз.40-43. Перед фотоприемником 13 установлен оптический фильтр 43 нейтрального типа с широкой полосой пропускания ∆λ. Далее электрические сигналы с выходов фотоприемников 10-13 поступают в первый блок обработки информации 18, в котором осуществляют пороговую обработку каждого из электрических сигналов для соответствующих фиксированных длин волн λ₁÷λ₃ (фотоприемники 10-12), а также сигнала с выхода фотоприемника 13 для широкой спектральной полосы ∆λ=λ₃-λ₁. Пороговая обработка заключается в сравнении уровня (амплитуды) ε_i импульсного сигнала с соответствующего фотоприемника 10-13 с пороговым уровнем ε_Пi, установленным для данной длины волны λ_i=λ₁, λ₂, λ₃, или с пороговым уровнем ε_П∆, установленным для широкой спектральной полосы приема ∆λ. Решение об обнаружении объекта в виде бликующего оптического или оптико-электронного прибора предварительно принимают при условии превышения установленного порогового уровня хотя бы для одной из длин волн λ₁, λ₂ или λ₃ на выходе одного из фотоприемников поз.10-12, или при превышении установленного порогового уровня ε_П∆ сигналом с выхода фотоприемника 13, работающего в широкой спектральной полосе приема ∆λ:

Установление пороговых уровней ε_i в каждом из спектральных каналов приема на длинах волн λ₁, λ₂, λ₃ осуществляют до приема излучения, отраженного от КОП 45, а также устанавливают пороговый уровень ε_П∆ в суммарном спектральном канале с широкой спектральной полосой приема излучения ∆λ=λ₃-λ₁, регистрируемого фотоприемником 13.

Пороговые уровни устанавливают в соответствии с чувствительностью используемых фотоприемников поз.10-13, работающих на указанных дискретных длинах волн λ₁, λ₂, λ₃, и в широком диапазоне ∆λ - фотоприемник 13. Пороговые уровни устанавливают программно в первом блоке обработки информации 18 в соответствии со следующими условиями:

где K₁ - требуемое отношение сигнал/шум, которое для обеспечения, например, вероятности правильного обнаружения р=0,99 выбирают равным K₁=3; - чувствительность фотоприемника на длине волны λ_i i=1, 2, 3, или фотоприемника 13, работающего в широком спектральном диапазоне ∆λ.

Данная чувствительность представлена здесь в виде уровня мощности (или энергии) импульсного светового излучения на входе фотоприемника 11-13 на соответствующей длине волны λ_i или в диапазоне длин волн ∆λ, при которой на выходе фотоприемника образуется электрический сигнал, равный по амплитуде уровню собственных шумов ε_ш данного фотоприемника, т.е. реализуется величина отношения сигнал/шум, равная единице.

После предварительного обнаружения объекта в каком-либо из спектральных каналов λ_i, или в широкополосном канале приема (ФП 13), осуществляют измерение дальности L до обнаруженного объекта в соответствии со стандартной процедурой определения дальности по времени задержки τ₁ импульса приема относительно момента излучения лазерного импульса зондирования КОП 45:

где C - скорость света.

Далее в каждом из спектральных каналов приема λ₁, λ₂, λ₃, ∆λ (ФП 10-13) осуществляют измерение уровня принятого оптического сигнала E_i относительно уровня чувствительности, соответствующего ФП поз.1-13 , выраженной в энергетических единицах.

Для этого в первом блоке обработки информации 18 при регистрации электрических сигналов с выходов ФП 10-13 определяют путем оцифровки уровень (амплитуду) электрического сигнала E_Эi с выхода каждого ФП 10-13 и определяют для каждого спектрального канала приема отношение K_ПШi - сигнал/шум, равное отношению , где E_опрi - запомненный в блоке 18 уровень собственного шумового сигнала данного ФП 10-13, соответствующий уровню энергии (мощности) входного оптического сигнала для этого ФП, равный , т.е. уровню энергетической чувствительности данного ФП. Далее уровень принятого оптического сигнала на входе ФП E_i и E_∆ определяют по формуле:

где в последней формуле определен уровень входного сигнала в широкополосном канале приема ∆λ (ФП 13).

Далее по измеренным величинам E_i уровней принятого оптического сигнала для каждой длины волны λ_i, i=1, 2, 3, ∆λ определяют величины

показателей световозвращения (ПСВ) Пi для данного обнаруженного объекта, сигнал от которого превысил установленный пороговый уровень в одном или нескольких каналах приема (λ₁÷λ₃, ∆λ).

Измерение показателей световозвращения i=1, 2, 3, П_i, осуществляют в первом блоке обработки информации 18 на основе указанных измеренных величин уровней принятого сигнала в каждом из четырех каналов приема (ФП 10-13), на основании измерений, а также с использованием величин уровней лазерных импульсных сигналов, генерируемых лазерными генераторами 1-3 и измеренных фотоприемными блоками поз.21-24 (P₁, P₂, P₃). Между первым и вторым блоками обработки информации осуществляется постоянный обмен информацией по связывающей их линии связи.

Измеренные величины показателей световозвращения (ПСВ) на трех длинах волн, а также ПСВ для широкой спектральной полосы П_∆ образуют некоторый спектральный портрет {П_i; П_∆} ПСВ отраженного сигнала от КОП для данного фиксируемого положения визирной оси блока сканирования 8 и фиксированного момента времени, при которых получены отраженные импульсы оптического излучения, электрические сигналы от которых на выходах ФП 10-13 превысили установленные пороговые уровни в первом блоке обработки информации 18.

Данный полученный спектральный портрет показателей световозвращения (ПСВ) П_i, П_∆ используют далее для более точного обнаружения и окончательного определения наличия в КОП 45 прибора оптического или оптоэлектронного типа (для данного положения в пространстве визирной оси блока сканирования 8). При этом полученный спектральный портрет ПСВ позволяет определить принадлежность обнаруженного оптоэлектронного прибора к некоторому классу оптических приборов, например, определить наличие оптико-электронного прибора наблюдения с телевизионной камерой, оптического прицела или наличие наблюдателя с биноклем или стереотрубой.

Указанные ОЭ-приборы и приборы наблюдения имеют существенно различающиеся спектральные портреты ПСВ в видимом или ближнем ИК-диапазоне. Для осуществления распознавания обнаруженного объекта в КОП 45 по измеренному спектральному портрету ПСВ {П_i; П_∆} информацию о величине ПСВ с выхода первого блока обработки информации 18 направляют на вход блока распознавания 44, где осуществляют сравнение полученного и измеренного спектрального портрета ПСВ {П_i; П_∆} с банком данных спектральных портретов ПСВ различных типов оптических и оптико-электронных приборов. По результатам сравнения осуществляют определение принадлежности обнаруженного оптического или ОЭ-прибора к соответствующему классу оптических приборов известного типа.

Информация о результатах сравнения передается потребителю и отображается на дисплее блока 44. На этом цикл зондирования КОП 45 и обнаружения и опознавания оптических и ОЭ приборов, находящихся в КОП, завершен.

Определение спектрального портрета показателей световозвращения осуществляют в первом блоке обработки информации 18 следующим образом.

Определение ПСВ П_i осуществляют на основе известной формулы лазерной локации [5], определяющей связь между энергией (мощностью) импульсного лазерного излучения , сформированного лазерным генератором на соответствующей длине волны λ_i и излученного в направлении КОП 45, с величиной энергии E_i принятого импульсного излучения от КОП на соответствующей длине волны λ_i и ряда параметров, характеризующих среду распространения, отражающий объект в КОП, а также ряд геометрических и оптических параметров приемных каналов устройства, реализующего способ:

где θ_ni - расходимость ЛИ на длине волны λ_i совпадает с расходимостью ЛИ на выходе соответствующего лазерного генератора (1, 2, 3), которая известна из паспортных данных на используемые лазерные генераторы поз.1, 2, 3, или может быть получена из измерений;

L - дальность до отражающего объекта в КОП 45;

S_об - площадь объекта, эффективно отражающая ЛИ на длине волны λ_i с расходимостью обратной диаграммы направленности θ_об и коэффициентом отражения на длине волны λ_i α_отр;

D_пр - диаметр приемного объектива поз.9 фиг.1 в приемном устройстве, реализующем способ;

τ_П - полный коэффициент пропускания лазерного излучения на длине волны λ_i, включающий следующие составляющие:

τ_П=τ_ОМТ·τ_атм, где

τ_ОМТ - пропускание оптико-механического тракта устройства, реализующего способ на фиг.1 в передающей и приемной частях устройства, (при условии, если в измерениях энергии излученного и принятого от объекта импульсов ЛИ не учтены пропускания оптико-механического тракта. В противоположном случае τ_омт=1).

τ_атм - коэффициент пропускания атмосферного тракта в прямом и обратном распространении зондирующего лазерного излучения на дальности до объекта L.

Данный коэффициент пропускания атмосферы на двойной дальности до объекта 2L определяют в соответствии со следующей оценочной формулой:

, где показатель ослабления атмосферы [5]

L_MDB - метеорологическая дальность видимости, определяемая из известных метеорологических таблиц [5].

Таким образом, в представленной формуле лазерной локации (8) наряду с параметрами, отражающими характеристики объекта, все остальные параметры являются известными или определены и измерены в результате работы устройства, реализующего способ: L - измеренная дальность до объекта; , E_i - измеренные мощности (энергии) (3) в излучаемом и принятом импульсе ЛИ на длинах волн λ_i, i=1, 2, 3,

Величина L_MDB вводится априорно оператором на основании известных таблиц и исходя из визуальной оценки атмосферных условий и времени суток в период действия устройства, реализующего способ. Фотоприемники поз.10-13 на фиг.1 регистрируют энергию (уровень) принятых импульсных сигналов ЛИ, отраженных от КОП, на соответствующих длинах волн ЛИ, а также в широкой полосе длин волн, и преобразуют уровень этих сигналов в электрическую форму. В электрической форме информация об уровнях принятых сигналов ЛИ поступает с выходов фотоприемников 10-13 на входы первого блока обработки информации 18.

В формуле (8) величина

по определению является показателем световозвращения наблюдаемого и освещаемого лазерным излучением объекта на длине волны λ_i. Все составляющие, входящие в данную величину (10), обусловлены собственными отражательными характеристиками объекта. Отсюда на основании формулы (8), измеренных параметров L, E_i, . и известных параметров θ_ni, D_пр, τ_ОМТ и параметра τ_атм, определенного по формуле (9), определяют спектральный показатель световозвращения ПСВ для каждой из используемых длин волн λ_i i=1, 2, 3, в соответствии со следующим соотношением для П_i, получаемым из формул (8-10):

где τ_атм из формулы (9).

Для широкого спектрального диапазона длин волн ∆λ=λ₃-λ₁ величину показателя световозвращения ПСВ=П_∆ определяют на основании следующей формулы (11-2), в которой вместо E_i подставляют величину E_∆ энергии (мощности) импульса ЛИ, зарегистрированного широкополосным фотоприемником поз.13 в диапазоне ∆λ; в качестве величины энергии (мощности) ; в качестве величин θ; τ_ОМТ и τ_атм подставляют их усредненные по длине волны значения θ_ср; τ_{ОМТ ср}; τ_{атм ср}.

Совокупность измеренных величин спектральных показателей световозвращения для трех длин волн и суммарной полосы ∆λ образуют спектральный портрет показателя световозвращения {П_∆}П_i для одного акта освещения элемента (наблюдаемой точки) КОП 45 трехволновым зондирующим излучением.

Таким образом, в первом блоке обработки информации 18 для каждого излученного и принятого от КОП 45 импульса ЛИ на трех длинах волн определяют величину показателей световозвращения ПСВ на соответствующих длинах волн λ_i, из совокупности длин волн {λ_i} лазерных излучений, которыми осуществляют зондирование КОП, и для широкой полосы ∆λ.

На основании полученных значений совокупности величин показателя световозвращения образуют спектральный портрет ПСВ для одного акта зондирования КОП лазерным излучением на трех длинах волн для одного конкретного фиксированного направления в пространстве визирной оси блока сканирования 8. Полученная величина спектрального портрета ПСВ заносится в память первого блока обработки информации 18. Далее блок сканирования 8 переключает (направляет) свою визирную ось в другую (соседнюю) точку пространства (КОП 45), которую освещают трехволновым лазерным излучением, принимают отраженное от КОП излучение, измеряют уровни отраженного и принятого сигналов на длинах волн λ₁÷λ₃ и определяют спектральный портрет ПСВ по формулам (11), (11-2), величины которого заносят в память первого блока обработки информации 18. Таким образом, в результате зондирования КОП ЛИ на трех длинах волн для каждого направления в пространстве от точки расположения устройства, реализующего способ, в сторону КОП и для каждой точки (локальной) зоны наблюдения КОП измеряют и образуют величину спектрального портрета ПСВ (если в этой точке принятым сигналом хотя бы на одной длине волны λ_i превышен установленный в блоке 18 порог обнаружения). Операция сравнения измеренных спектральных портретов ПСВ с базой данных в блоке распознавания 44 позволяет осуществить более точное обнаружение приборов оптического и ОЭ типа, имеющих конкретные значения спектрального портрета ПСВ, а также осуществить распознавание обнаруженного оптико-электронного прибора - определить его принадлежность к конкретному классу оптических приборов, эталонные значения спектральных портретов ПСВ которых хранятся в базе данных - в блоке памяти блока распознавания 44.

Сравнение измеренного спектрального портрета ПСВ осуществляют следующим образом.

Осуществляют поэлементное сравнение величин показателя световозвращения в измеренном спектральном портрете ПСВ и в эталонном спектральном портрете ПСВ отдельно для каждой из трех длин волн λ_i i=1÷3 и диапазона ∆λ, и формируют разностный спектральный портрет

где - величина показателя световозвращения некоторого эталонного спектрального портрета эталонного оптико-электронного прибора для фиксированной длины волны λ_i, - эталонная величина ПСВ для диапазона ∆λ.

Далее на основании измеренного разностного спектрального портрета R (12) определяют параметр соответствия F между измеренным спектральным портретом и эталонным спектральным портретом по формуле:

Далее указанное сравнение измеренного спектрального портрета ПСВ осуществляют для всех эталонных спектральных портретов П^Э, хранящихся в базе данных - блоке памяти блока распознавания 44, и формируют величины разностных портретов R_i (12) и параметров соответствия F_j (13) для каждого из эталонов в базе данных блока 44 (j=1÷N).

При этом формируют массив величин соответствия {F_j; j=1÷N} (14).

Далее из сформированного массива величин соответствия (14) выбирают от одного до трех величин F_j, имеющих минимальное значение из всех остальных величин F_j измеренного массива F_j (14). При этом определяют указанные три минимальных величины соответствия F_j=min{F_j j=1÷N} (15) j=ja₁; ja₂; ja₃, по которым судят о принадлежности обнаруженного оптико-электронного прибора к соответствующему классу приборов оптико-электронного типа.

В предлагаемом способе обнаружения оптических и оптоэлектронных средств зондирование КОП 45 осуществляют одновременно на трех длинах волн λ₁÷λ₃. При этом ЛИ на трех длинах волн формируют в видимом диапазоне длин волн, а длины волн выбраны соответствующими основным компонентам цветовой гаммы видимого диапазона, обеспечивающие восприятие наблюдателем суммарного длинноволнового излучения {∑λ₁,λ₂,λ₃}, как излучения белого цвета. При этом длины волн трех лазерных генераторов (поз.1÷3) и их исходные интенсивности равны следующим величинам:

Лазерный генератор (ЛГ) поз.1 фиг.1 генерирует излучение красного цвета (R) с длиной волны λ₁=0,7 мкм с интенсивностью светового потока в одном импульсе ЛИ P₁, например, равной одному люмену (лм).

Лазерный генератор поз.2 генерирует излучение зеленого цвета (G), с длиной волны λ₂=0,5 мкм и интенсивностью светового потока P₃=4,59 в условных единицах, например люменах, относительно ЛИ ЛГ поз.1, генерирующего излучение λ₁ красного цвета.

ЛГ поз.3 генерирует излучение синего цвета (В) с длиной волны λ₃=0,43 мкм и интенсивностью светового потока в указанных единицах относительно излучения ЛГ поз.1, равного P₃=0,06. Данное указанное соотношение между световыми потоками P_i i=1, 2, 3, генерируемыми ЛГ 1÷3, является исходным и устанавливается путем выбора соответствующих уровней накачки используемых ЛГ. При этом указанное соотношение между интенсивностями световых потоков ЛГ P₁:P₂:P₃=P_R:P_G:P_B=1:4,59:0,06 обеспечивает восприятие суммарного светового потока (суммарного лазерного импульса) как излучения белого цвета. Следует отметить, что восприятие суммарного излучателя как белого цвета будет иметь место при наблюдении данного излучения как наблюдателем с пассивным наблюдением, например, с использованием бинокля, так и при приеме (наблюдении) суммарного излучения с помощью оптоэлектронных средств с широкополосным спектральным фотоприемником видимого диапазона. Указанное соотношение интенсивностей излучений ЛГ и длин волн выбрано в соответствии с известной колориметрической теорией смешения спектральных цветов [6].

Согласно предложенному способу при генерации ЛИ на трех длинах волн тремя различными ЛГ 1÷3 устанавливают соотношение между интенсивностями генерируемых лазерных пучков P₁, P₂, P₃, соответствующими измеренному соотношению между интенсивностями W₁:W₂:W₃ спектральных компонент на указанных выбранных трех длинах волн λ₁, λ₂, λ₃ в измеренном спектральном распределении фонового излучения от контролируемого объема пространства. При этом уровень накачки ЛГ 1÷3 предварительно уже выбран в соответствии со стандартным отношением интенсивностей цветовых излучений в трехцветной колориметрической цветовой гамме [6].

Поэтому при выполнении этой операции осуществляют лишь небольшую подстройку уровня накачки ЛГ 1-3 до получения соотношения между интенсивностями генерируемых лазерных пучков в первом приближении соответствующими измеренному соотношению между интенсивностями W₁:W₂:W₃ спектральных компонент в измеренном фоновом излучении от КОП 45. Последующая коррекция спектрального распределения суммарного светового потока с помощью управляемых светофильтров 5, 6, 4 позволяет обеспечить точное соответствие спектрального распределения генерируемого суммарного трехдлинноволнового излучения спектральному рапределению естественного измеренного фонового излучения на указанных основных (цветовых) длинах волн. Использование для зондирования контролируемого объема пространства 45 трехдлинноволнового излучения со спектральным распределением, соответствующим спектральному распределению естественного фонового излучения от КОП, обеспечивает следующие преимущества предложенного способа.

Фоновое излучение от КОП при его приеме фотоприемниками 10, 11, 12, работающими в участках спектра со средними длинами волн λ₁, λ₂, λ₃ не вносит искажений в отношение интенсивностей (уровней) принятых оптических сигналов в соответствующих спектральных каналах приема, так как в этих каналах приема уровень фонового излучения пропорционален уровню излучения подсвета КОП на соответствующих длинах волн и соответственно уровню принятого отраженного от КОП оптического сигнала. При этом при регистрации отраженного от КОП излучения соотношение между уровнями принятых оптических сигналов (излучений) на различных длинах волн λ₁, λ₂, λ₃ не изменяются в зависимости от уровней фонового излучения на этих длинах волн λ₁, λ₂, λ₃, а определяются только параметрами (характеристиками) спектрального портрета показателей световозвращения на λ₁, λ₂, λ₃ от обнаруженного объекта, что позволяет обеспечить более точное распознавание и обнаружение оптико-электронных приборов (ОЭП) при различных уровнях фонового излучения в различное время суток.

Следует отметить, что уровень фоновой облученности и его спектральный состав - соотношение между основными (базовыми) спектральными компонентами - в значительной степени изменяются в зависимости от высоты Солнца над горизонтом, времени суток и т.п. (см., например, [6] стр.283, табл.15 - цветовая температура естественной освещенности в зависимости от высоты Солнца над горизонтом). Поэтому предложенный способ обнаружения ОЭП с использованием зондирования КОП трехдлинноволновым ЛИ со спектральным распределением, соответствующим спектральному распределению фонового естественного излучения, позволяет обеспечить высокоточное измерение (определение) спектрального портрета показателя световозвращения в любое время суток независимо от характера и спектрального распределения естественного внешнего фонового излучения. Уменьшение влияния распределения фонового излучения при регистрации принятого оптического сигнала, отраженного от КОП на трех длинах волн можно продемонстрировать следующим образом.

Регистрируемый оптический сигнал в электрической форме на выходах фотоприемников 10, 11, 12 J_i i=1, 2, 3 можно представить в следующем виде:

,

где P_u1, P_u2, P_u3 - интенсивности лазерных излучений для подсвета КОП, генерируемые лазерными генераторами и излученные на соответствующих трех длинах волн, α₁, α₂, α₃, - коэффициенты преобразования, связывающие уровень (амплитуду) излученных импульсов ЛИ с величиной принятого сигнала в соответствии с соотношением (8), а также учитывающие чувствительность и передаточные характеристики фотоприемников; e₁, e₂, e₃ - уровень естественного фонового излучения на соответствующей длине волны ЛИ (i=1, 2, 3), представленный в форме электрического (шумового) сигнала на выходе соответствующего фотоприемника поз.10-13 на фиг.1.

В величине α_i i=1÷3 содержится величина измеряемого ПСВ (11), а также ряд известных параметров, определяемых конструкцией устройства, реализующего способ, например, диаметр объектива 9.

В соответствии с измеренным уровнем спектрального распределения фонового излучения и интенсивностями P_u1, P_u2, P_u3 величины J_1,2,3 (16) можно представить в следующей форме:

,

где n₂, n₃ - известные и измеренные в блоке 25 величины соотношений между спектральными компонентами в фоновом излучении: W₁:W₂:W₃=e₁:n₂e₁:n₃e_1, полученные при условии принятия величины e₁ за единицу отсчета (базовый уровень фона) при определении соотношений между спектральными составляющими фонового излучения: . W₁:W₂=1:n₂

Соответственно, имеем аналогичные соотношения и для интенсивности излучений ЛГ P_ui i=1, 2, 3, установленных в тех же пропорциях, что и W₁:W₂:W₃. Из соотношений (17) видно, что при увеличении фоновой составляющей, например,на второй длине волны в n₂ раз относительно фоновой составляющей на первой длине волны уровень интенсивности освещающего КОП ЛИ на этой второй длине волны также увеличивается в n₂ раз и влияние изменения уровня фона на соотношение измеряемых принятых сигналов на первой и второй длинах волн уменьшается, или исключается, таким образом, реализуется автоматическая компенсация изменения уровня фона соответствующим увеличением уровня интенсивности освещающего КОП 45 ЛИ на этой длине волны. Отношение сигнал/шум(фон) в (17) одинаково для всех трех длин волн (при равных величинах α₁=α₂=α₃), следовательно, фоновое излучение будет вносить одинаковые погрешности в измерение уровней пришедших сигналов и в измеренные ПСВ на всех трех длинах волн, и не будет вносить дополнительных ошибок в отношение измеренных значений ПСВ на трех длинах волн, что важно для получения достоверной информации о спектральном портрете ПСВ.

При одинаковых параметрах отражательных характеристик объекта на трех длинах волн α₁=α₂=α₃, (тест-объект), имеем соотношение J₁:J₂ равным , не зависящим от уровня фонового излучения e₁, e₂, e₃, меняющегося в течение суток. Аналогично . Напомним здесь n₂ и n₃ - измеренные относительные величины фоновых составляющих на второй и третьей длинах волн относительно фоновой составляющей на первой длине волны, принятой за единицу (за базовый уровень отсчета величины фона), e₁, e₂, e₃ - уровни фона на соответствующих длинах волн 1, 2, 3, представленные в электрических сигналах, зарегистрированных на выходах соответствующих фотоприемников поз.10-13.

Таким образом, измерение соотношений между величинами α₁, α₂, α₃ при принятии и регистрации оптического сигнала, отраженного от КОП, обеспечено в предложенном способе с уменьшением влияния действующего на момент осуществления измерений ПСВ естественного спектрального распределения фонового излучения от КОП. Следует отметить, что измерение спектрального распределения фонового излучения от КОП с помощью оптического спектроанализатора 20 и фотоприемных блоков 21-24 осуществляют в районе выбранных длин волн λ₁, λ₂, λ₃, в некоторых спектральных поддиапазонах ∆λ₁, ∆λ₂, ∆λ₃, причем длины волн λ₁÷λ₃ расположены в середине указанных диапазонов. В первом блоке обработки информации 18 после регистрации электрических сигналов J_i (17) с выходов фотоприемников 10÷12 осуществляют компенсацию аддитивных фоновых составляющих e₁, e₂, e₃ в зарегистрированных электрических сигналах J_i. Для этого осуществляют определение (оценку) уровня фоновой составляющей e₂, являющейся наиболее интенсивной спектральной составляющей естественного фонового излучения на длине волны λ₂ (G - зеленого цвета). Оценку уровня данной фоновой составляющей осуществляют с помощью оптического спектроанализатора 20 и соответствующего фотоприемного блока 22, работающего на длине волны λ₂. При этом, как было отмечено ранее, фотоприемный блок 22 осуществляет оценку уровня W₂ естественного фонового излучения на длине волны λ₂ в некотором диапазоне ∆λ. Информация об этой величине W₂ уровня фоновой засветки на длине волны λ₂, представляющая некоторую усредненную величину фона на λ₂ за некоторое время усреднения, поступает в первый блок обработки информации 18, где на основании величины W₂ формируют среднюю оценку величины фоновой составляющей e₂ (на λ₂), которую в блоке 18 вычисляют на основании имеющейся информации о полосе спектральной чувствительности фотоприемника 11 на λ₂ или о полосе пропускания интерференционного спектрального фильтра 44. Собственно чувствительность фотоприемника 11, а также информация о диаметре приемного первого объектива 9 и пропускании оптического тракта на длине волны λ₂ имеются в блоке 18. Далее осуществляют собственно компенсацию фоновой составляющей в зарегистрированном сигнале J₂ путем вычета в первом блоке обработки информации 18 из величины J₂ полученной оценки фоновой составляющей

Полученную компенсированную величину J_2K принятого оптического сигнала на длине волны λ₂ используют далее для получения величины показателя световозвращения на длине волны λ₂.

Аналогичным образом осуществляют компенсацию фоновой составляющей в зарегистрированных электрических сигналах J₁ и J₃, при этом оценку средних величин , фоновых составляющих осуществляют на основании полученной оценки средней величины фоновой составляющей для длины волны λ₂ на основании следующих соотношений:

где n₂ и n₃ - в соответствии с (17), как было указано, являются известными и ранее измеренными в блоке 25 величинами соотношений между спектральными компонентами в измеренном естественном фоновом излучении. Аналогичным образом осуществляют и компенсацию фона в сигнале, зарегистрированном на выходе фотоприемника 13, работающего в широкой спектральной полосе.

Компенсация фонового излучения в зарегистрированных сигналах J_i позволяет повысить точность определения распределения спектрального портрета ПСВ и осуществить более точное определение принадлежности обнаруженного ОЭ-прибора к конкретному классу аналогичных приборов.

Важным преимуществом, достигаемым в результате реализации предложенного способа, является обеспечение скрытности работы предложенного устройства обнаружения ОЭС. Это обеспечивается тем, что, как было указано выше, восприятие излучения, зондирующего КОП внешним сторонним наблюдателем, реализуется как короткая вспышка белого цвета, совпадающая по спектральному ощущению с фоновым естественным излучением в контролируемом объеме пространства, действующим в соответствующий момент времени наблюдения и действия устройства обнаружения при конкретном времени суток и высоты над горизонтом естественных источников излучения - Солнца или Луны. Поэтому излучение предлагаемого устройства будет воспринято внешним наблюдателем как случайный блик от пассивного отражателя - стекла или металлического предмета, отражающего естественное фоновое излучение, а работа устройства, как действующего обнаружительного зондирующего лазерного комплекса, не будет обнаружена. Аналогично ОЭС разведки с широкополосными оптическими фотоприемниками будут воспринимать излучение предлагаемого устройства как отражение естественного источника света от пассивного отражателя, а не как работу лазерного зондирующего комплекса. Следовательно, при работе предлагаемого способа и реализующего его устройства обеспечивается скрытность работы устройства в любое время суток и высоте естественного источника света над горизонтом.

В базе данных блока распознавания 44 хранятся эталонные спектральные портреты ПСВ различных ОЭ приборов и ОЭС наблюдателя, полученные экспериментальным (или расчетным) путем для различных базовых (основных) спектральных длин волн λ₁-λ₃ видимого диапазона и широкой полосы длин волн ∆λ, полученные для различных высот над горизонтом естественных источников света для разного времени суток или различных сезонов года (лето, зима и т.п.). При этом, как было отмечено, распознавание типа ОЭ-прибора осуществляют как на основании формирования разностного портрета спектральных ПСВ, так и на основании сравнения соотношений между отдельными спектральными составляющими ПСВ в измеренном спектральном портрете ПСВ от обнаруженного объекта ОЭ-прибора и в эталонном ПСВ из базы данных блока 44.

Первый, второй и третий фотоприемники 1-12 работают на указанных выше выбранных длинах волн λ₁-λ₃. Четвертый фотоприемник поз.13 является широкополосным и регистрирует оптическое излучение в диапазоне длин волн ∆λ=λ₃-λ₁. Фотоприемники и фотоприемные блоки выполнены на основе современной элементной базы фотоприемных устройств. Возможно использование одноэлементных, а также матричных фотоприемников соответствующего диапазона длин волн. Оптические фильтры 40, 41, 42 являются узкополосными интерференционными фильтрами на длинах волн - λ₁, λ₂, λ₃. оптический фильтр 43 является широкополосным и осуществляет отсекание внешнего фонового излучения вне рабочего диапазона длин волн ∆λ. Четвертый фотоприемник поз.13 предназначен для определения отраженного от КОП 45 оптического сигнала в широком спектральном диапазоне ∆λ при осуществлении подсвета КОП оптическим суммарным сигналом на трех длинах волн, соответствующих подсвету КОП белым светом. Это позволяет определить показатель световозвращения (ПСВ) обнаруженного объекта в КОП в белом свете, т.е. в суммарном (интегральном) спектральном диапазоне ∆λ за одно измерение - по одному отсчету принятого уровня отраженного оптического сигнала от КОП, зарегистрированного фотоприемником 13. Данный измеренный ПСВ по сигналу от фотоприемника 13 (интегральный ПСВ) совместно со спектральным портретом ПСВ на длинах волн λ₁, λ₂, λ₃ позволяет более точно идентифицировать обнаруженный объект 46 КОП, как ОЭ-прибор соответствующего известного типа (класса) оптических приборов.

Предложенное устройство обнаружения ОЭ-приборов реализовано на базе стандартных блоков и узлов. Первый и второй блоки обработки информации 18, 25 выполнены на основе стандартных электронно-вычислительных машин (ПК) и снабжены специальным программным обеспечением, обеспечивающим регистрацию и обработку поступающих электрических сигналов с выходов фотоприемников и фотоприемных блоков, измерение уровней соответствующих электрических сигналов, формирование пороговых уровней и выполнение других операций над поступающими сигналами, в соответствии с вышеприведенными операциями способа. Кроме того, второй блок обработки информации 25 осуществляет управление работой лазерных генераторов и управляемых фильтров, а также управление установлением в оптический тракт первого и второго откидных зеркал. Первый блок обработки информации 18 осуществляет также управление работой блока сканирования 8 и вырабатывает необходимые для управления блоком сканирования управляющие электрические сигналы.

Блок распознавания поз.44 представляет собой специализированную электронно-вычислительную машину (ПК) и осуществляет определение (расчет) по приведенным формулам показателей световозвращения (ПСВ) наблюдаемого и обнаруженного объектов в КОП для трех длин волн, определение (расчет) ПСВ (в полосе ∆λ) и формирование портрета ПСВ, а также распознавание обнаруженного объекта путем сравнения его измеренных величин ПСВ и величин эталонных ПСВ, хранящихся в специальных регистрах памяти блока распознавания 44.

Оптический спектроанализатор 20 может быть выполнен на базе любого известного оптического спектрального прибора (спектрографа), например, на основе высокоразрешающей дифракционной решетки [7]. Фотоприемные блоки поз.21-24 осуществляют регистрацию интенсивностей спектрального распределения естественного фонового излучения от КОП, принятого объективом 19, на фиксированных длинах волн λ₁, λ₂, λ₃, а также в широком спектральном диапазоне. Выходы оптического спектроанализатора 20 оптически соединены с фотоприемными блоками 21-24 с помощью волоконно-оптических световодов 47-50. Первое и второе откидные зеркала 30, 33 механически соединены с блоками управления 32, 31, представляющими собой, например, шаговые двигатели, управляемые программно от блока обработки информации. Блок сканирования 8 выполнен на основе управляемой акустооптической ячейки, или на основе отражательного зеркала, вращаемого с помощью шагового электродвигателя, управляемого по сигналам от первого блока обработки информации 18.

Таким образом осуществление подсвета КОП 45 лазерным излучением одновременно на нескольких длинах волн позволяет реализовать следующие преимущества: 1. Обеспечивает измерение ПСВ наблюдаемого в КОП объекта на нескольких длинах волн. 2. Обеспечивает получение спектрального портрета ПСВ объекта, по которому реализуется увеличение вероятности обнаружения и распознавания объекта в КОП, увеличение достоверности отнесения обнаруженного объекта к известному классу ОЭ приборов, уменьшение влияния фонового излучения на величины измеренных ПСВ и более точное измерение ПСВ, что повышает вероятность обнаружения и распознавания ОЭСН. Измерение ПСВ в широком диапазоне длин волн позволяет получить дополнительную информацию об отражательных характеристиках наблюдаемого объекта, получаемую непосредственно одним фотоприемником, что дополняет информацию, получаемую отдельными узкоспектральными фотоприемниками и в совокупности обеспечивает повышение вероятности распознавания ОЭ приборов в реальных условиях.

Источники информации

[1]. Патент РФ №2133485 от 07.1998 г. «Способ обнаружения средств оптического и оптоэлектронного типа».

[2]. Патент РФ №2223516 от 07.2002 г. «Способ обнаружения глаз людей и животных».

[3]. Патент РФ №2278399 от 16.06.2004 г. «Способ обнаружения оптических и оптоэлектронных средств наблюдения и устройство для его осуществления» (прототип).

[4]. Справочник по лазерной технике под ред. А.П. Напартовича, М.: Госэнергоиздат, 1991 г.

[5]. Сигналы и помехи в лазерной локации. В.М. Орлов и др., под ред. В.Е. Зуева, М.: Радио и связь, 1985 г.

[6]. В.В. Шаронов «Свет и цвет», М.: Госфизматлит, 1961 г.

[7]. М. Борн, Э. Вольф «Основы оптики», М.: Наука, 1973 г.

[8]. Патент РФ №2380834 от 23.06.2008 г.

Изобретение относится к области лазерной локации и может быть использовано в системах обнаружения оптических и оптико-электронных (ОЭ) средств наблюдения в естественных условиях и их идентификации. Перед зондированием осуществляют прием сигналов естественного фонового излучения, в котором измеряют спектральное распределение излучения и определяют в нем соотношение между интенсивностями спектральных компонент на трех выбранных длинах волн. Генерируют пучки лазерного излучения на этих длинах волн с соотношением интенсивностей пучков, соответствующим соотношению интенсивностей спектральных компонент в принятом фоновом излучении. Формируют суммарный пучок лазерного излучения и осуществляют зондирование и прием отраженного лазерного излучения на трех длинах волн и в широкой спектральной полосе. Измеряют уровни принятых оптических сигналов и определяют величины показателей световозвращения для трех длин волн и для широкой полосы длин волн. По указанным величинам формируют спектральный портрет показателя световозвращения, по которому осуществляют обнаружение и распознавание оптических и ОЭ средств наблюдения. Технический результат - повышение вероятности обнаружения и распознавания оптических и ОЭ приборов и средств наблюдения и определение их принадлежности к известным классам ОЭ приборов. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ обнаружения оптических и оптико-электронных средств наблюдения (ОЭСН), включающий зондирование контролируемого объема пространства (КОП) сканируемым импульсным лазерным излучением (ЛИ) на длине волны λ₁, прием отраженных сигналов ЛИ и сигналов естественного фонового излучения от КОП, преобразование принятого ЛИ в электрический сигнал, его пороговую обработку, обнаружение ОЭСН и определение дальности,
отличающийся тем, что прием сигналов естественного фонового излучения от КОП осуществляют перед зондированием КОП, в принятом естественном фоновом излучении от КОП измеряют спектральное распределение излучения, в измеренном спектральном распределении определяют соотношение между интенсивностями W₁, W₂, W₃ спектральных компонент, на длине волны λ₁ и на двух дополнительных длинах волн λ₂, λ₃, соответствующих интенсивностям W₁, W₂, W₃, генерируют пучки импульсного ЛИ на длинах волн λ₁, λ₂, λ₃ с соотношением интенсивностей пучков P₁, P₂, P₃, соответствующим соотношению между интенсивностями W₁, W₂, W₃ спектральных компонент в спектральном распределении фонового излучения от КОП, формируют суммарный пучок ЛИ посредством оптического суммирования пучков на длинах волн λ₁, λ₂, λ₃, далее осуществляют зондирование КОП сформированным пучком ЛИ и прием отраженного от КОП лазерного излучения на длинах волн λ₁, λ₂, λ₃ и в широкой спектральной полосе ∆λ=λ₃÷λ₁, после преобразования принятого ЛИ в электрические сигналы и их пороговой обработки, измеряют уровни принятых оптических сигналов ЛИ, определяют величины показателей световозвращения (ПСВ) на длинах волн λ₁, λ₂, λ₃ и для полосы ∆λ, по ним формируют спектральный портрет ПСВ, по которому осуществляют обнаружение и распознавание ОЭСН.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что определение показателей световозвращения (ПСВ) П_i для каждой из используемых для подсвета контролируемого пространства (КОП) длин волн лазерного излучения λ_i (i=1, 2, 3) осуществляют в соответствии со следующей формулой:
,
где E_i - величина уровня принятого оптического сигнала, отраженного от КОП на длине волны λ_i (i=1, 2, 3) зондирующего КОП ЛИ;
- величина энергии (мощности) зондирующего КОП ЛИ на длине волны λ_i;
θ_ni - расходимость пучка ЛИ на длине волны λ_i;
L - измеренная дальность до обнаруженного объекта;
D_пр - диаметр (действующий) приемного объектива реализующего устройства;
τ_ОМТ - величина пропускания оптико-механического тракта реализующего устройства;
τ_атм - величина пропускания атмосферного тракта на соответствующей длине волны λ_i.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что определение показателя световозвращения (ПСВ) П_∆ для широкой полосы длин волн ∆λ=λ₃-λ₁ зондирующего ЛИ осуществляют в соответствии со следующей формулой:
,
где E_∆ - величина уровня принятого оптического сигнала, отраженного от КОП, в широкой полосе длин волн ∆λ=λ₃-λ₁, зарегистрированного широкополосным фотоприемником устройства, реализующего способ;
P_∆ - суммарная величина энергии (мощности) ЛИ, зондирующего КОП ;
θ_ср, , τ_{атм ср} - усредненные по длинам волн λ₁, λ₂, λ₃ величины расходимости ЛИ, пропускания оптико-механического тракта и пропускания атмосферы.

4. Устройство обнаружения оптических и оптико-электронных средств наблюдения, содержащее последовательно размещенные на оптической оси блок сканирования, первый лазерный генератор, работающий на первой длине волны λ₁, первый объектив, оптический вход которого связан посредством оптического зеркала с оптическим входом блока сканирования, первый фотоприемник, оптический вход которого посредством первого оптического фильтра, первой линзы и второго оптического зеркала связан с оптическим выходом первого объектива, первый блок обработки информации, вход которого соединен с выходом первого фотоприемника, второй объектив, оптическая ось которого параллельна оптической оси блока сканирования, электрический вход которого подключен к первому блоку обработки информации, отличающееся тем, что введены второй и третий лазерные генераторы, три управляемых оптических фильтра, оптический сумматор, оптический спектроанализатор, четыре фотоприемных блока, второй блок обработки информации, блок распознавания, первое и второе откидные зеркала, три фотоприемника, три оптических фильтра, четыре полупрозрачных зеркала и четыре оптических зеркала, а также четыре волоконно-оптических световода, при этом оптический вход оптического спектроанализатора связан с оптическим выходом второго объектива, оптический выход оптического спектроанализатора посредством волоконно-оптических световодов связан со входами четырех фотоприемных блоков, выходы которых подсоединены ко второму блоку обработки информации, оптический вход оптического сумматора через три управляемых оптических фильтра, полупрозрачное и оптическое зеркала связаны с соответствующими оптическими выходами первого, второго и третьего лазерных генераторов, оптический выход оптического сумматора связан с оптическим входом блока сканирования, а посредством первого откидного зеркала, двух оптических зеркал и второго откидного зеркала оптически связан с оптическим входом оптического спектроанализатора, оптический выход первого объектива оптически связан с вновь введенными вторым, третьим и четвертым фотоприемниками посредством трех полупрозрачных зеркал, трех линз и трех оптических фильтров, выходы второго, третьего и четвертого фотоприемников подсоединены ко входам первого блока обработки информации, выходы которого подключены к блоку распознавания и второму блоку обработки информации, выходы которого подсоединены к управляющим входам первого, второго и третьего лазерных генераторов, первого, второго и третьего управляемых фильтров и первого и второго откидных зеркал.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что в нем оптический спектроанализатор выполнен на основе оптической дифракционной решетки.

6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что в нем блок распознавания выполнен на основе цифровой электронно-вычислительной машины, содержащей блок данных величин эталонных портретов спектральных показателей световозвращения (ПСВ).