СПОСОБ СЕЛЕКЦИИ МОРСКОЙ ЦЕЛИ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМОЙ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Российский патент 2020 года по МПК G01S3/06 

Изобретение относится к автономным системам конечного наведения (СКН) летательных аппаратов (ЛА).

Известны автономные СКН ЛА различных типов, функционирующие в разных участках (диапазонах) длин волн электромагнитного спектра: активные и пассивные радиолокационные и радиопеленгационные дециметрового, сантиметрового и миллиметрового диапазонов, оптико-электронные (в том числе пассивные видимого, инфракрасного и ультрафиолетового диапазонов, активные лазерные), акустические, а также их комбинации - см., например, А.Н. Волжин, Ю.Г. Сизов «Борьба с самонаводящимися ракетами», М., Воениздат, 1983 г., стр. 26-39; Р. Щербинин «Головки самонаведения перспективных зарубежных управляемых ракет и авиабомб», М., «Зарубежное военное обозрение», №4 - 2009 г., стр. 64.

Известен способ селекции морской цели (МЦ) посредством бортовой оптико-электронной системы (ОЭС) ЛА - например, инфракрасным (ИК) или тепловизионным каналом (ТК) противокорабельной крылатой ракеты «Пингвин» (Норвегия) - см., например, Б.И. Родионов, Н.Н. Новичков «Крылатые ракеты в морском бою», М., Воениздат, 1987 г., стр. 34-41 (ближайший аналог).

К недостаткам ближайшего аналога следует отнести резкое снижение эффективности оптико-электронной СКН в сложной помеховой обстановке.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание способа эффективной селекции МЦ оптико-электронной СКН ЛА, в том числе в условиях естественных и преднамеренных помех, посредством комплексирования пассивного тепловизионного и активного лазерного каналов.

Решение указанной технической задачи достигается тем, что в состав ОЭС ЛА включают пассивный тепловизионный канал с матричным фотоприемным устройством (ФПУ) и активный импульсный лазерный канал (ЛК) с сонаправленными визирными осями, спектральный диапазон работы ЛК располагают внутри спектрального диапазона работы ТК, работу ЛК начинают после определения пеленга на МЦ посредством ТК либо другого (всепогодного) бортового канала селекции, устройство вывода и приема лазерного излучения ЛК стабилизируют по углам курса и тангажа относительно инерциальной системы координат ЛА, расходимость лазерного излучения выполняют в диапазоне от 0,1 до 8,0 мрад, частоту следования лазерных импульсов задают на уровне не менее 10 Гц, а принятое ФПУ ТК изображение синхронизируют с излучением ЛК с обеспечением работы по временному стробу, соотнесенному с дальностью до МЦ, полученной приемным устройством ЛК, при этом наличие МЦ определяют по ее одновременной фиксации по пеленгу приемными устройствами ТК и ЛК. Представляется рациональным, чтобы спектральный диапазон работы ТК составлял от 0,7 до 3,0 мкм, а спектральный диапазон работы ЛК - от 0,9 до 2,2 мкм. В ряде случаев приемное устройство ЛК выполняют многоэлементным либо матричным, в том числе охлаждаемым. Матричное ФПУ ТК в ряде случаев также выполняют охлаждаемым. Кроме того, перед ФПУ ТК может устанавливаться светофильтр со спектральным диапазоном пропускания ЛК. В ряде случаев приемное устройство ТК стабилизируют по курсу, тангажу и крену относительно инерциальной системы координат ЛА. В свою очередь, для управления лазерным излучением по курсу и тангажу в состав устройства вывода и приема излучения ЛК вводят поворотные и гиростабилизированные зеркала, а также вращающиеся оптические клинья с приводами управления и датчиками контроля положения.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема варианта устройства по предлагаемому техническому решению. Приняты обозначения:

1 - носовой обтекатель ЛА;

2 - оптический иллюминатор обтекателя;

3 - приемное устройство ТК с матричным ФПУ;

4 - светофильтр;

5 - приемное устройство ЛК;

6 - передающее устройство (импульсный генератор) ЛК;

7 - ломающие зеркала;

8 - вращающиеся оптические клинья;

9 - поворотное зеркало;

10 - гиростабилизированное зеркало;

11 - приводы управления, датчики контроля положения.

Функционирование устройства фиг. 1 по предлагаемому способу осуществляется следующим образом. ОЭС ЛА, как правило, располагается в головной части изделия за носовым обтекателем поз. 1, который обеспечивает защиту бортового оборудования от воздействия всего комплекса внешних факторов. При этом для штатной работы ОЭС в конструкции обтекателя поз. 1 выполнены оптически прозрачные иллюминаторы поз. 2 (один или несколько). Приемное устройство ТК поз. 3 располагается за иллюминатором поз. 2 и в пассивном режиме осуществляет прием внешнего излучения в заданном спектральном диапазоне на матричное ФПУ. Коррекция спектрального диапазона ТК может производиться светофильтром поз. 4, в том числе до полного совпадения спектральных диапазонов работы ТК и ЛК ОЭС (что целесообразно при наличии мощных преднамеренных помех, когда приемное устройство ЛК поз. 5 «перенасыщается» энергией помехи, а приемное устройство ТК поз. 3 работоспособно вследствие изначальной способности к функционированию в широком спектральном диапазоне с высоким уровнем энергии - т.е. реализуется т.н. «прожекторный» режим).

Лазерный канал ОЭС ЛА включает приемное поз. 5 и импульсное передающее поз. 6 устройства с соответствующими элементами выведения и приема излучения, в том числе через общий иллюминатор поз. 2 (вариант). В частности, для выведения лазерного излучения могут применяться ломающие зеркала поз. 7 (обеспечивают подведение излучения к вращающимся оптическим клиньям поз. 8); при этом оптические клинья поз. 8 в связанной системе координат ЛА осуществляют развертку рабочего поля зрения ЛК по углу места. В свою очередь, поворотное зеркало поз. 9 обеспечивает развертку рабочего поля зрения ЛК по азимуту, а гиростабилизированное зеркало поз. 10-компенсацию угловых колебаний оси визирования при полетных возмущениях, действующих на ЛА. Управление оптическими клиньями поз. 8, поворотным поз. 9 и гиростабилизированным поз. 10 зеркалами осуществляется соответствующими приводами с датчиками контроля положения поз. 11. Отраженное лазерное излучение, проходя в обратную сторону через систему вышеперечисленных управляемых элементов, поступает на одноэлементный, многоэлементный либо матричный чувствительный элемент приемного устройства ЛК поз. 5.

Следует отметить, что для повышения чувствительности приемные устройства ТК и ЛК могут охлаждаться, например, посредством эффекта Пельтье (электрический микрохолодильник), или дросселирования сжатого газа (газовый холодильник), или включать специализированный криогенный хладоагент, загружаемый на борт ЛА в процессе предстартовой подготовки. Оценки уровня захолаживания чувствительных элементов с точки зрения критерия «эффективность - стоимость» определяют целесообразность их охлаждения при визировании зоны МЦ на 20…90°С ниже значения температуры газовой среды отсека ОЭС ЛА.

Свою работу ЛК ОЭС начинает после определения пеленга на МЦ посредством ТК либо другого (как правило, всепогодного радиолокационного) бортового канала селекции (поскольку «игольчатая» диаграмма излучения ЛК эффективна для обнаружения МЦ лишь на узких полях зрения). При этом, с целью использования лазерного излучения помимо «дальномерного», также и в «прожекторном» (для ФПУ ТК) режиме - спектральный диапазон работы ЛК располагают внутри спектрального диапазона работы ТК. В частности, для технически наиболее освоенного, находящегося в «окне прозрачности» атмосферы диапазона работы импульсного ЛК 0,9…2,2 мкм - диапазон работы ТК принимают 0,7…3,0 мкм. Расходимость лазерного излучения задают в диапазоне 0,1…8,0 мрад, что, с одной стороны, обеспечивает рациональную работу ЛК в контексте предложенного технического решения по селекции МЦ, с другой стороны, освоено на аппаратном уровне. Частоту следования лазерных импульсов задают не менее 10 Гц (минимальный уровень, при котором обеспечиваются заданные параметры обработки информации лоцирования МЦ). Принятое ФПУ ТК поз. 3 изображение синхронизируется с принимаемым излучением ЛК с обеспечением работы по временному стробу, соотнесенному с дальностью до МЦ (которая технически определяется приемным устройством ЛК поз. 5). Наличие МЦ в поле зрения ОЭС ЛА определяют по ее одновременной фиксации по пеленгу приемными устройствами ТК (поз. 3) и ЛК (поз. 5). Дополнительно, при отсутствии преднамеренных помех, в ЛК формируется значение дальности до МЦ.

Приемное устройство ТК поз. 3 конструктивно может выполняться как с жесткой фиксацией поля (полей) зрения ФПУ (одного либо нескольких), так и со стабилизацией относительно инерциальной системы координат ЛА по курсу, тангажу и крену поля зрения ФПУ, например, посредством соответствующих приводов управления и контроля поз. 11 (гиростабилизированного подвеса).

Применение предложенного технического решения позволит повысить эффективность функционирования оптико-электронных систем конечного наведения ЛА в сложной помеховой обстановке.

Изобретение относится к автономным системам конечного наведения летательных аппаратов (ЛА). Достигаемый технический результат - селекция морской цели (МЦ) оптико-электронной системы (ОЭС) конечного наведения ЛА, в том числе в условиях естественных и преднамеренных помех, посредством комплексирования пассивного тепловизионного и активного лазерного каналов. Указанный результат достигается тем, что в состав ОЭС ЛА включают пассивный тепловизионный канал (ТК) с матричным фотоприемным устройством (ФПУ) и активный импульсный лазерный канал (ЛК) с сонаправленными визирными осями, спектральный диапазон работы ЛК располагают внутри спектрального диапазона работы ТК, работу ЛК начинают после определения пеленга на МЦ посредством ТК либо другого (всепогодного) бортового канала селекции, устройство вывода и приема лазерного излучения ЛК стабилизируют по углам курса и тангажа относительно инерциальной системы координат ЛА, расходимость лазерного излучения выполняют в диапазоне от 0,1 до 8,0 мрад, частоту следования лазерных импульсов задают на уровне не менее 10 Гц, а принятое ФПУ ТК изображение синхронизируют с излучением ЛК с обеспечением работы по временному стробу, соотнесенному с дальностью до МЦ, полученной приемным устройством ЛК, при этом наличие МЦ определяют по ее одновременной фиксации по пеленгу приемными устройствами ТК и ЛК. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ селекции морской цели (МЦ) оптико-электронной системой (ОЭС) летательного аппарата (ЛА), включающий визирование зоны МЦ и выявление МЦ по характерным признакам посредством бортового пассивного тепловизионного канала (ТК) с матричным фотоприемным устройством (ФПУ), отличающийся тем, что в состав ОЭС ЛА дополнительно вводят активный импульсный лазерный канал (ЛК), визирная ось которого сонаправлена с визирной осью ТК, спектральный диапазон работы ЛК располагают внутри спектрального диапазона работы ТК, работу ЛК начинают по пеленгу на МЦ, предварительно определенному посредством ТК, устройство вывода и приема лазерного излучения ЛК стабилизируют по углам курса и тангажа относительно инерциальной системы координат ЛА, расходимость лазерного излучения выполняют в диапазоне от 0,1 до 8,0 мрад, частоту следования лазерных импульсов задают на уровне не менее 10 Гц, принятое ФПУ ТК изображение синхронизируют по времени с принятым излучением ЛК, соотнесенным с временным стробом дальности, при этом наличие МЦ определяют по ее одновременной фиксации по пеленгу приемными устройствами ТК и ЛК.

2. Способ селекции МЦ ОЭС ЛА по п. 1, отличающийся тем, что работу ТК и ЛК начинают по пеленгу, предварительно определенному посредством бортового всепогодного канала селекции МЦ.

3. Способ селекции МЦ ОЭС ЛА по п. 1, отличающийся тем, что спектральный диапазон работы ТК выполняют от 0,7 до 3,0 мкм, а спектральный диапазон работы ЛК выполняют от 0,9 до 2,2 мкм.

4. Способ селекции МЦ ОЭС ЛА по п. 1, отличающийся тем, что приемное устройство ЛК выполняют многоэлементным либо матричным.

5. Способ селекции МЦ ОЭС ЛА по п. 3, отличающийся тем, что при визировании зоны МЦ чувствительные элементы приемного устройства ЛК охлаждают на 20…90°С ниже значения температуры газовой среды отсека ОЭС ЛА.

6. Способ селекции МЦ ОЭС ЛА по п. 1, отличающийся тем, что при визировании зоны МЦ матричное ФПУ ТК охлаждают на 20…90°С ниже значения температуры газовой среды отсека ОЭС ЛА.

7. Способ селекции МЦ ОЭС ЛА по п. 1, отличающийся тем, что поступающее на ФПУ ТК излучение пропускают через светофильтр со спектральным диапазоном работы ЛК.

8. Способ селекции МЦ ОЭС ЛА по п. 1, отличающийся тем, что приемное устройство ТК стабилизируют по курсу, тангажу и крену относительно инерциальной системы координат ЛА сонаправленно излучению ЛК.

9. Способ селекции МЦ ОЭС ЛА по п. 1, отличающийся тем, что в состав устройства вывода и приема излучения ЛК вводят поворотные и гиростабилизированные зеркала и вращающиеся оптические клинья с приводами управления и датчиками контроля положения.