СПОСОБ ИМИТАЦИИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ВОЗДУШНЫХ ЦЕЛЕЙ Российский патент 2016 года по МПК F41H11/02 F41J2/00 

Предлагаемое изобретение относится к области военной техники и касается организации оптического противодействия (ООП) со стороны воздушных целей (ВЦ), самолетов, вертолетов и других летательных аппаратов (ЛА) от ракет, оснащенных пассивными оптическими головками самонаведения (ОГС). Изобретение может быть использовано для создания ложных оптических целей (ЛОЦ) с более высокой точностью и качеством имитации оптического излучения (ОИ) ВЦ по сравнению с известными.

Известно (1, 2, 3), что ВЦ излучают во всем оптическом диапазоне длин волн, начиная от ультрафиолетовой и до инфракрасной длинноволновой области спектра. Но так как основная энергия излучения ВЦ и ее центр находятся в факеле реактивной струи турбореактивного двигателя (ТРД), самым важным для восприятия и наведения ракеты является диапазон 0,4-30 мкм.

Известно 2 вида ОИ (1, 2, 3): спонтанное и индуцированное. Спонтанное ОИ возникает при разогреве тел и сред, начиная с абсолютного нуля, а индуцированное создается искусственным возбуждением атомов (светодиоды, лазеры).

Спектральный состав ОИ, его вид и форма зависимости в частотном представлении зависят от многих причин, температуры нагрева, химического состава излучающих тел и сред и т.д. (подробнее см. 1, 2, 3, 4, 5). В зависимости от совокупности этих причин спектр изучения может быть: сплошным и непрерывным (состоит из очень большого, в идеале бесконечного числа спектральных линий, непрерывно следующих друг за другом); линейчатым (спектральные линии разделены и независимы); полосовым (состоит из одного или нескольких пакетов непрерывных спектров); гребенчатым (состоит из большого количества пакетов, или спектральных линий с различными весовыми коэффициентами) и, наконец, смешанным, который состоит из комбинаций двух и более различных видов спектров.

Спектр излучения ВЦ имеет как постоянные, так и переменные компоненты. В основном вид, спектральный состав и характер ОИ ВЦ определяются типом применяемого ТРД (обычный, двухконтурный, с дожиганием топлива), режимом его работы, что в свою очередь определяет температуру раскаленных газов (факела) реактивной струи. Кроме того, на излучение планера и его тепловой контраст влияют фоновая обстановка, время суток, погода и т.д. Отсюда следует, что имитировать точно ОИ ВЦ очень сложно, а в идеале каждый ЛА должен иметь собственную индивидуальную защиту и иметь на борту не один тип ЛОЦ, а более. Основываясь на изложенном, рассмотрим известные способы имитации ОИ ВЦ.

Все известные способы имитации ОИ ВЦ (см. 6-13) основаны на генерации и сбросе (или буксировке) источника спонтанного ложного оптического излучения, причем инициирование излучения основано на горении пиротехнических составов, и/или разогреве с помощью этого горения вспомогательных низкотемпературных излучателей (комбинированный способ), или горении пироморфных материалов. В зависимости от температуры горения пиротехники и/или разогрева ими излучателей можно изменить длину волны максимума спектра ЛОЦ (высоко и низкотемпературные помехи). Но по известным способам нельзя точно воспроизвести сложный вид, характер и форму спектра от совокупного излучения реальной ВЦ, так как химический состав продуктов горения авиационного керосина и горения пиротехники различный, кроме того, блики планера содержат всю видимую часть спектра, плюс невидимую ультрафиолетовую.

Теперь кратко рассмотрим теоретические основы селекции ВЦ и ЛОЦ, так как все современные ракеты в меньшей или большей степени оснащаются устройствами селекции. Реальная ВЦ и ложная имеют три основных отличительных признака.

1. Кинематический признак состоит в отличии характеристик движения ВЦ и ЛОЦ, поэтому различие фазы при разделении цели и помехи в поле зрения ОГС, скорости могут быть использованы для селекции. Но реализация этого признака вызывает значительное усложнение функциональных систем ОГС и, особенно, электронного тракта, давая при этом весьма малую эффективность селекции.

2. Пространственный признак состоит в различии размеров и формы ВЦ и ЛОЦ. Однако в дальней зоне все источники излучения(ИИ), попадающие в поле зрения ОГС, точечные. Когда же ВЦ становится для восприятия ОГС размерной, для полного использования этого признака и восприятия всех отличий размеров и формы на ОГС необходимо установить круговую инфракрасную матрицу, которая должна работать в режиме вращения (почти все зенитные ракеты малого калибра вращающиеся). Реализовать это весьма сложно и затруднительно.

3. Спектральный признак является самым информативным, так как отличия вида, состава и формы спектра реальной ВЦ и ЛОЦ весьма существенные. Поэтому селекция на основе спектральных отличий получила наибольшее распространение.

Рассмотри подробнее принципы функционирования известных спектральных селекторов цели (ССЦ). Известны двухканальные ("Игла", "Стингер", "Мистраль") и трехканальные ССЦ (Россия, ПЗРК "Верба").

Двухканальный ССЦ работает следующим образом. Оптико-электронный следящий координатор (ОЭСК) разделяет входной поток с помощью оптических фильтров на два канала его восприятия в инфракрасной области (основной канал ОК) и в видимой области спектра (вспомогательный канал ВК). Оптический сигнал ОК поступает на фотоприемник, имеющий максимум чувствительности в ближней или средней инфракрасной части спектра, а сигнал ВК на фотоприемник видимой части спектра. Сигналы ОК и ВК усиливаются, фиксируются пиковыми детекторами как напряжения Uoк и Uвк, а затем Uoк и Uвк сравнивают или вычисляют их отношение. Если Uoк-Uвк>0, источник излучения (ИИ) классифицируют как ВЦ, а при Uoк-Uвк≤0 как ЛОЦ. Затем импульсы от ЛОЦ стробируют (вырезают) запиранием предварительного усилителя, а импульсы от ВЦ поступают в электронный тракт оптико-электронной следящей системы (ОЭСС) для дальнейшей обработки. Такой упрощенный ССЦ позволяет классифицировать ВЦ и высокотемпературные ЛОЦ, но при применении низкотемпературных ЛОЦ может ошибаться, так как возрастает число ложных оценок и ракета пройдет мимо ВЦ.

Трехканальный ССЦ использует спектроделение ОИ на 3 спектральные области. Это дает более богатые возможности для сравнения и логической обработки трех сигналов и, соответственно, возможность классификации низкотемпературных ЛОЦ и меньшую вероятность ложных срабатываний ССЦ. Такое положение требует повышения уровня защиты ЛА от поражения ракетами, снабженными новейшими ССЦ, чего не обеспечивают известные способы имитации и ЛОЦ.

Широко известен способ имитации ОИ ВЦ (6, 7, 8), основанный на горении пиротехнических составов. Пиротехнические составы представляют собой механические смеси горючих веществ (в основном алюминий и магний), окислителей и некоторых добавок, цементаторов, флегматизаторов, веществ, окрашивающих пламя и влияющих на скорость горения. Пиротехнические трассеры малоэффективны, так как имеют высокую температуру горения, а спектр горения металлов по составу и характеру отличен от спектра раскаленных продуктов горения керосина.

Известен комбинированный способ имитации ОИ ВЦ (6, 7, 8), в том числе наиболее близкий, Беларусь, патент №16509, основанный на горении пиротехники с одновременным нагревом низкотемпературных компонентов и их рассеивании. Наиболее близкий известный способ обеспечивает сложный спектр в сочетании высокотемпературных и низкотемпературны инфракрасных зон диапазона 3-6 мкм. Однако по виду и составу этот спектр не соответствует ОИ ВЦ, так как химический состав пламени и продуктов горения пиротехники, а также нагреваемых элементов не идентичен раскаленным газам факела ТРД.

Целью изобретения является повышение точности и качества имитации ОИ ВЦ.

Указанная цель в способе, основанном на генерации и формировании ложного ОИ, имитирующего ВЦ, достигается тем, что индуцируют ложное ОИ с помощью набора светодиодов и/или лазеров различных диапазонов длин волн видимого и инфракрасного излучения, обогащают спектр ложного излучения путем мультипликативного смешивания (перемножения) этих дискретных излучений на нелинейных оптических элементах, выделяют и фильтруют необходимые и нужные для имитации ОИ ВЦ участки спектров, а малозначимые и ненужные ослабляют или компенсируют с помощью оптических фильтров, приводя и приближая (насколько это возможно) спектр ложного ОИ к требуемому виду, составу и форме частотной зависимости реальной ВЦ, после чего аддитивно смешивают и рассеивают полученное излучение на внешней оболочке имитатора. Таким образом, предложенный способ позволяет повысить точность и качество имитации ВЦ, приблизить спектр ЛОЦ под конкретный ЛА, под конкретный установленный на нем ТРД, снабдить ЛА более чем одним типом ЛОЦ. Все это в совокупности обеспечит более надежную защиту ЛА от ракет, снабженных трехканальными ССЦ, от которых известные ЛОЦ не защищают.

На Фиг. 1 представлена функциональная схема примера устройства для реализации предложенного способа, на Фиг. 2 - его эскиз в разрезе.

Устройство на Фиг. 1 содержит источник 1 питания, который через блокиратор 2 подключен к набору 3 излучающих элементов, излучение которых поступает на набор 4 нелинейных оптических элементов, после чего на набор 5 оптических фильтров и затем на рассеивающую оболочку 6.

На эскизе Фиг. 2 показаны: источник 2-1 питания (одноразовая батарея, заряженный малогабаритный конденсатор большой емкости, пороховой генератор и т.п.), кабель 2-2 питания излучающих элементов 2-3 с отражателями, первая оболочка 2-4 из нелинейных оптических элементов, вторая оболочка 2-5 из оптических фильтров и внешняя рассеивающая оболочка 2-6.

Устройство работает следующим образом. После сброса замыкается механический блокиратор 2 и подается питание на излучающие элементы 3. Излучения набора 3 частично перемножаются на оболочке 4, обогащая спектр суммарными и разностными составляющими, частично вместе с обогащенными излучениями поступают на оболочку 5 из нескольких слоев оптических фильтров. Суммарно эти фильтры пропускают нужные области спектра, ослабляют малонужные и компенсируют ненужные, после чего смешиваются и рассеиваются на внешней оболочке 6. Конструктивно (см Фиг. 2) оболочки состоят из двух половинок. Внутри находится одноразовый источник питания, затем по всему телесному углу сферы установлены скрепленные между собой излучатели 2-3 с отражателями. Поэтому после сброса устройство излучает при любой угловой ориентации.

В настоящее время известны излучающие светодиоды и лазеры как видимого, так и инфракрасного диапазона. Например, твердотельный лазер на кристалле иттрий-литиевого флюорита, легированный эрбием, излучает длину волны 1,73 мкм, инфракрасные светодиоды излучают ближний ИК-диапазон и видимый. Это позволяет скомпоновать набор излучателей, который позволит после обогащения и фильтрации получить широкий диапазон излучения, а главное настроить его и приблизить к ОИ реальных ВЦ. Таким образом, предложенное решение способа реализуемо и соответствует критерию промышленной применимости. Его новизна и неочевидность показаны выше. В настоящее время неизвестны ЛОЦ с индуцированным излучением (известны подвесные излучатели с лазерами, но они имеют другое назначение - ослепить фотоприемники ОГС ракеты). Недостаток предложенного решения в его сложности по сравнению с известными. Но когда речь идет о защите от поражения дорогостоящих и пилотируемых самолетов и других ЛА, с этим недостаком можно смириться. Кроме того, усложняются средства помехозащиты ракет, они оснащаются трехканальными ССЦ, и простыми и дешевыми средствами от поражения такими ракетами не защититься.

ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Л.П. Лазарев,"Оптико-электронные приборы наведения", М., 1989.

2. "Справочник по приборам инфракрасной техники" под ред. Л.З. Криксунова, К., 1980.

3. В.В. Козелкин, И.Ф.Усольцев, "Основы инфракрасной техники", М., Маш-е, 1985.

4. Д.В. Сивухин, "Общий курс физики. Оптика", Гл. 10,"Тепловое излучение", М., Наука, 1985.

5. В.А. Москалев,"Теоретические основы оптико-физических исследований", Л., Маш-е, 1987.

6. В. Розанов "Зарубежное военное обозрение", Авиационные средства противодействия ракетам с инфракрасными головками самонаведения, 1977.

7. "Зарубежное военное обозрение", Средства борьбы с электронно-оптической аппаратурой, 2015.

8. Патенты РФ №2403531, 2419060, патент США №5030465, патент Беларусь №7524; пп. 6, 7, 8 - аналоги.

9. Беларусь, патент №16509,"Имитатор теплового потока воздушной цели" - прототип.

А также принятой во внимание

10. СССР, А.с. №№286187, 298492, 301547, 323213, 323325.

11. Патенты США №4009393, 4339097.

12. Патент Германии №1406578.

13. Патент Франции №1501166.

Изобретение относится к способу имитации оптического излучения воздушных целей. Для имитации воздушной цели сбрасывают источник ложного излучения, в котором индуцируют ложное оптическое излучение широкой полосы с помощью набора излучающих светодиодов различного диапазона и/или лазеров, смешивают мультипликативно эти дискретные излучения на нелинейных оптических элементах, выделяют и фильтруют участки спектров, необходимые для имитации конкретной воздушной цели, а ненужные компенсируют или ослабляют с помощью оптических фильтров, затем аддитивно смешивают и рассеивают их на внешней оболочке имитатора. Обеспечивается повышение точности и качества имитации оптического излучения воздушной цели. 2 ил.

Способ имитации оптического излучения воздушных целей, основанный на генерации и сбросе источника ложного излучения, отличающийся тем, что индуцируют ложное оптическое излучение широкой полосы с помощью набора излучающих светодиодов различного диапазона, и/или лазеров, обогащают спектр ложного излучения путем мультипликативного смешивания этих дискретных излучений на нелинейных оптических элементах, выделяют и фильтруют необходимые для имитации конкретной воздушной цели участки спектров, а ненужные компенсируют или ослабляют с помощью оптических фильтров, приводя спектр ложного излучения к требуемому виду, составу и форме частотной зависимости реальной воздушной цели, затем аддитивно смешивают и рассеивают на внешней оболочке имитатора.