СПОСОБ ЗАЩИТЫ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ ОТ МОЩНОГО ЛАЗЕРНОГО КОМПЛЕКСА Российский патент 2022 года по МПК H04N5/238 H01L31/232 

Изобретение относится к области защиты оптико-электронных средств (ОЭС) от мощных оптических излучений.

Известен способ защиты приемника оптического излучения (см., например, [1]), основанный на приеме входного оптического потока матричным фотоприемным устройством (МФПУ), измерении величины i_i - выходного сигнала каждого i-го чувствительного элемента (ЧЭ) МФПУ, где - номер ЧЭ МФПУ, N - количество ЧЭ в МФПУ, и сравнении ее значения с пороговым i_П, закрытии при превышении величины i_j выходного сигнала j-ого ЧЭ МФПУ порогового значения i_П j-ой части входного оптического потока, где - номер ЧЭ МФПУ, выходной сигнал которого превысил пороговое значение и номер части входного оптического потока падающего на этот ЧЭ МФПУ, периодическом открытии j-ой части входного оптического потока и измерении величины i_j выходного сигнала j-го ЧЭ МФПУ, закрытии при i_j≥i_П j-ой части входного оптического потока, оставлении при i_j≥i_П j-ой части входного оптического потока открытой. Недостатком способа является низкий порог лучевой стойкости, не исключающий «прожиг» защитного элемента и дальнейшее поражения ОЭС.

Известен способ защиты ОЭС от МЛИ (см., например, [2]), основанный на приеме оптического излучения ОЭС, пропускании оптического излучения через заранее установленный перед элементом из состава ОЭС с минимальным значением лучевой стойкости E_Эmin и временем разрушения под воздействием оптического излучения равным t_Эpaз защитный элемент со значениями лучевой стойкости Е_ЗЭ и времени разрушения под воздействием оптического излучения t_ЗЭраз меньше значений E_Эmin и t_Эpaз соответственно, пропускающий оптическое излучение мощностью не превышающей значение Е_ЗЭ и имеющий спектральные параметры своего и отражаемого оптических излучений, сопровождающие процесс разрушения под воздействием оптического излучения мощностью превышающей значение Е_ЗЭ, идентичные элементу с минимальным значением Е_Эmin, защите при воздействии оптического излучения мощностью превышающей значение Е_ЗЭ ОЭС разрушением защитного элемента и имитации разрушения элемента с минимальным значением Е_Эmin, замене при разрушении защитного элемента под воздействием оптического излучения новым. Недостатком способа также является ограничение числа защит от воздействия МЛИ. Также непосредственное воздействие мощного лазерного излучения (МЛИ) на ОЭС, выдвигает жесткие требования к времени реакции его защиты.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности защиты ОЭС от поражения оптическим излучением.

Технический результат достигается тем, что в известном способе защиты оптико-электронных устройств от мощного лазерного комплекса (МЛК), основанном на приеме оптических излучений ОЭС матричного типа, измеряют параметры лазерного локационного излучения (ЛЛИ) и пространственные параметры его изображения на фоточувствительной матрице ОЭС, по значениям параметров ЛЛИ распознают тип МЛК и определяют параметры его МЛИ, по значениям параметров ЛЛИ МЛК, пространственных параметров его изображения на фоточувствительной матрице ОЭС, заданных параметров объектива ОЭС, параметров МЛИ определяют пространственные параметры изображения МЛИ МЛК на фоточувствительной матрице ОЭС, защищают ОЭС от поражения МЛК экранированием за время между моментом времени окончания облучения ЛЛИ и моментом времени облучения МЛИ ОЭС участка перед фоточувствительной матрицей с пространственными параметрами равными полученным пространственным параметрам изображения МЛИ МЛК на фоточувствительной матрице ОЭС.

Сущность предлагаемого способа заключается в экранировании части потока МЛИ МЛК на входе фоточувствительной матрицы ОЭС. При этом пространственные параметры площади экранирования определяются пространственными параметрам области облученности фоточувствительной матрицы МФПУ локационным излучением МЛК и параметрами объектива ОЭС.

С системных позиций МЛК включает две основные подсистемы (см., например, [3]): подсистема поиска, обнаружения, оценки параметров и распознавания ОЭС (разведки); подсистема формирования, генерации и наведения поражающего излучения (поражения). Подсистема разведки МЛК включает лазерный локационный модуль, осуществляющий локацию ОЭС. ЭПР ОЭС позволяет МЛК обнаружить и определить его местоположение (см., например, [4, стр. 17 - 26]). В ОЭС наиболее информативным для его локации (так и уязвимым для его поражения) является элемент, находящийся вблизи фокуса, как правило, это фотоприемник ОЭС, как объект локации, можно представить в виде объектива с фокусным расстоянием и коэффициентом пропускания и отражающей зеркальной поверхности, расположенной в области фокальной плоскости объектива (см., например, [4, стр. 26 - 28], [5]). В зависимости от параметров ЛЛИ и «несовершенства» формирующей оптики на поверхности фоточувствительной матрицы ОЭС формируется изображение различных пространственных параметров. Так наличие аберраций оптической системы ОЭС приводит к тому, что в зависимости от высоты падающего излучения и смещения отражающей поверхности относительно положения задней фокальной плоскости будет формироваться система «блестящих зон», создающих отраженный сигнал в точке расположения оптического локатора (см., например, [6], [7]). Так как пространственные параметры отраженного сигнала являются целеуказанием для подсистемы поражения МЛК, то МЛИ будет формировать облученность поверхности фоточувствительной матрицы ОЭС тождественной по пространственным параметрам локационному сигналу, но с учетом влияния отличий частотных характеристик излучения. Следовательно, определение пространственной конфигурации изображения ЛЛИ позволяет получить конфигурацию изображения МЛИ МЛК на поверхности фоточувствительной матрицы МФПУ и за промежуток времени между окончанием излучения ЛЛИ и началом излучения МЛИ экранировать часть входного его потока.

Для подтверждения достигаемого результата приводится упрощенная модель ОЭС в условиях его облучения ЛЛИ и МЛИ. Представим оператор преобразования параметров лазерного излучения ОЭС в виде матрицы [М] следующего вида [8]:

где ƒ - фокусное расстояние объектива ОЭС; Δ - смещение отражающей поверхности относительно положения задней фокальной плоскости объектива ОЭС (Δ>0, если d>ƒ; Δ<0, если d<ƒ, d - расстояние от объектива до отражающей поверхности); Δ_п - смещение отражающей поверхности относительно положения задней фокальной плоскости, вызванное аберрациями объектива ОЭС.

Матрица [М] связывает высоту h₀ и угол наклона α₀ входного в ОЭС лазерного луча с аналогичными параметрами h и α в опорной плоскости анализа ОЭС (отражающей поверхности ОЭС). При локационном наблюдении ОЭС, расположенного в дальней зоне, можно полагать, что на его апертуру падает плоская волна, то есть все лучи ЛЛИ вне зависимости от их высоты падают на ОЭС под одним и тем же углом α₀. Матричное выражение, связывающее параметры луча на входе и в опорной плоскости анализа ОЭС примет вид

Откуда

Для сферической продольной аберрации объектива ОЭС (см., например, [9], стр. 17):

Представим объектив ОЭС в виде линзы с фокусным расстоянием равным

где R₁, R₂ - радиусы кривизны линзы; - показатель преломления линзы; λ_B, λ - длина волны лазерного излучения в воздухе и в материале линзы соответственно.

Функциональная зависимость (5) ƒ от n характеризует отличия значений h и α в случаях поступления на вход ОЭС ЛЛИ или МЛИ МЛК, т.е. h_лли≠h_мли, α_лли≠α_мли, так как длины волн ЛЛИ и МЛИ различны. Тогда для длин волн ЛЛИ и МЛИ можно представить (2), (4), (5) в виде

где 1 - принадлежность параметров к ЛЛИ с длиной волны λ₁; 2 - принадлежность параметров к МЛИ с длиной волны;

Так как параметры отраженного от ОЭС ЛЛИ являются параметрами целеуказания для МЛИ, то можно считать, что h_0l=h₀₂=h₀, α_0l=α₀₂=α₀ и выражение (6) примет вид

Тогда

где A_i, B_i, C_i, D_i - известные постоянные.

Следовательно, имея частотные параметры ЛЛИ, его пространственную структуру изображения на фоточувствительной поверхности матрицы ОЭС, известные параметры объектива, а также параметры МЛИ, можно определить пространственные параметры МЛИ на фоточувствительной поверхности матрицы ОЭС.

Значения параметров h₀ и α₀ ЛЛИ на входе ОЭС при известных параметрах объектива Δ₁, Δ_П1, ƒ₁ и измеренных λ₁, h₁, α₁ можно получить, используя (8)

Тогда координатные параметры изображения МЛИ на фоточувствительной поверхности матрицы ОЭС при заданных значениях Δ₂, Δ_П2, ƒ₂ и полученных значениях h₀, α₀, λ₂ определяются выражением:

а его размеры (вывод выражения не приводится)

где r₁, r₂ - радиусы изображений ЛЛИ и МЛИ соответственно.

Пространственные параметры h₂, α₂, r₂ определяют местоположение и размеры защитного экрана в плоскости фоточувствительной матрицы ОЭС, защищающего его от поражения МЛИ.

Заявленный способ поясняется схемой, представленной на фигуре 1, где: 1 - этап локации ОЭС МЛК; 2 - этап защиты ОЭС от МЛИ МЛК; 3 - ОЭС (МФПУ); 4 - объектив; 5 - фотоприемник ОЭС; 6 - ЛЛИ; 7 - изображение ЛЛИ; 8 - МЛИ; 9 - защитный экран (Δt - промежуток времени между моментом времени окончания облучения ЛЛИ и моментом времени начала облучения МЛИ). На фигуре 1 исключены элементы ненесущие смысловой нагрузки для раскрытия сущности изобретения.

На первом этапе 1 МЛК осуществляет локационный поиск целей и по отраженному ЛЛИ 6 от ОЭС 3 идентифицирует его как цель. ЛЛИ 6 проходит объектив 4 ОЭС 3 и формирует на фоточувствительной матрице фотоприемника 5 ОЭС изображение 7. Измеряют параметры ЛЛИ 6 и пространственные параметры его изображения 7 на фоточувствительной матрице фотоприемника ОЭС 5. По значениям параметров ЛЛИ 6 определяют (распознают) МЛК и его характеристики (длина волны МЛИ 8, Δt и др.). Далее по значениям параметров ЛЛИ 6, пространственных параметров его изображения 7 на фоточувствительной матрице фотоприемника ОЭС 5, заданных параметров объектива ОЭС 4, частотных параметров МЛИ 8 определяют пространственные параметры изображения МЛИ 8 МЛК на фоточувствительной матрице фотоприемника ОЭС 5. На втором этапе 2 защищают ОЭС 3 от поражения МЛК установкой экрана 9 за время Δt перед фоточувствительной матрицей фотоприемника ОЭС 5 с пространственными параметрами равными полученным пространственным параметрам изображения МЛИ МЛК на фоточувствительной матрице фотоприемника ОЭС 5.

На фигуре 2 изображена блок схема варианта устройства, реализующего способ. Блок - схема включает ОЭС, в состав которого введены: датчик ЛЛИ 10, блок обработки и управления 11, поворотный привод с набором экранов 12, остальные обозначения соответствуют фигуре 1.

Устройство работает следующим образом. Датчик ЛЛИ 10 измеряет параметры ЛЛИ МЛК и передает их значения в блок обработки и управления 11.3. Фотоприемник 5 измеряет пространственные параметры изображения ЛЛИ и передает их значения в блок обработки и управления 11. Блок обработки и управления 11 по поступившим и заданным данным осуществляет идентификацию МЛК и его параметров функционирования, а также выполняет необходимые вычисления. По результатам вычислений вырабатывает управляющие сигналы и передает их на поворотный привод с набором экранов 12. Поворотный привод 12 устанавливает требуемый экран перед фотоприемником 5 в нужное положение.

Таким образом, у заявляемого способа появляются свойства повышения эффективности защиты ОЭС от поражения оптическим излучением за счет экранирования части потока МЛИ МЛК на входе фоточувствительной матрицы ОЭС с пространственными параметрами площади экранирования, определяемыми по пространственным параметрам области облученности фоточувствительной матрицы ОЭС ЛЛИ МЛК и его параметрам, параметрами объектива ОЭС. Тем самым, предлагаемый авторами, способ устраняет недостатки прототипа.

Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений неизвестен защиты оптико-электронных устройств от МЛК, основанный на приеме оптических излучений ОЭС матричного типа, измерении параметров ЛЛИ и пространственных параметры его изображения на фоточувствительной матрице ОЭС, по значениям параметров ЛЛИ распознавании типа МЛК и определении параметров его МЛИ, определении по значениям параметров ЛЛИ МЛК, пространственных параметров его изображения на фоточувствительной матрице ОЭС, заданных параметров объектива ОЭС, параметров МЛИ пространственных параметров изображения МЛИ МЛК на фоточувствительной матрице ОЭС, защите ОЭС от поражения МЛК экранированием за время между моментом времени окончания облучения ЛЛИ и моментом времени облучения МЛИ ОЭС участка перед фоточувствительной матрицей с пространственными параметрами равными полученным пространственным параметрам изображения МЛИ МЛК на фоточувствительной матрице ОЭС.

Предлагаемое техническое решение практически применимо, так как для его реализации могут быть использованы оптические и оптико-электронные блоки и устройства.

1. Пат. 2363017 RU, МПК H04N 5/238, H01L 31/0232. Способ защиты приемника оптического излучения / Ю.Л. Козирацкий, А.Ю. Козирацкий, П.Е. Кулешов, Р.Г. Хильченко, Д.В. Прохоров, Д.Е. Столяров; заявитель и патентообладатель ВУНЦ ВВС «ВВА им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина». - №2016107511; заявл. 01.03.16; опубл. 16.11.17, Бюл. №32. - 11 с.

2. Пат. 2709452 RU, H04N5/238, H01L31/0232, G01B5/205. Способ защиты ОЭС от мощного лазерного излучения / П.Е. Кулешов, А.Н. Глушков, А.В. Алабовский, В.Д. Попело, А.В. Марченко; заявитель и патентообладатель ВУНЦ ВВС «ВВА им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина». - №2019104733; заявл. 19.02.2019; опубл. 17.12.2019, Бюл. №35. - 10 с.

3. Кулешов П.Е., Глушков А.Н., Марченко А.В. Классификация технических методов (способов) защиты оптико-электронных средств от лазерного комплекса функционального поражения / П.Е. Кулешов, А.Н. Глушков, А.В. Марченко // Воздушно-космические силы. Теория и практика (электронный журнал). - 2019. - №10. - С. 72-80.

4. Козирацкий Ю.Л., Афанасьева Е.М., Гревцев А.И. и др. Обнаружение и координатометрия оптико-электронных средств, оценка параметров их сигналов / Ю.Л. Козирацкий, Е.М. Афанасьева, А.И. Гревцев и др. М.: «ЗАО «Издательство «Радиотехника», 2015, 456 с.

5. Попело В.Д. Модель оптико-электронного средства как объекта оптической локации / В.Д. Попело // Радиотехника. - 2005. - №7. - С. 130 – 132.

6. Попело В.Д., Проскурин Д.К., Нагалин А.В. Форма и положение в пространстве эффективных центров рассеивания при лазерном зондировании на трассе конечной протяженности малоразмерного объекта / В.Д. Попело, Д.К. Проскурин, А.В. Нагалин // Радиотехника. - 2018. - №8. - С. 22 - 27.

7. Попело В.Д., Проскурин Д.К., Кулешов П.Е. Снижение заметности оптико-электронных средств в условиях их оптико-локационного наблюдения путем частичного экранирования отраженного потока / В.Д. Попело, Д.К. Проскурин П.Е. Кулешов // Воздушно-космические силы. Теория и практика (электронный журнал). - 2020. - №14. - С. 84 - 95.

8. Джеррард А., Берч Д.М. Введение в матричную оптику / А. Джеррард, Д.М. Берч. Л.: Мир, 1978, 343 с.

9. Козирацкий Ю.Л., Попело В.Д. Методы экспериментального исследования характеристик отражения оптико-электронных средств / Ю.Л. Козирацкий, В.Д. Попело. Воронеж.: 5 ЦНИИИ, 1998, 186 с.

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения и касается способа защиты оптико-электронных устройств от мощного лазерного комплекса (МЛК). Способ включает в себя прием оптических излучений оптико-электронным средством (ОЭС) матричного типа, измерение параметров лазерного локационного излучения (ЛЛИ) и пространственных параметров его изображения на фоточувствительной матрице ОЭС. По значениям параметров ЛЛИ распознают тип МЛК и определяют параметры его мощного лазерного излучения (МЛИ). По значениям параметров ЛЛИ МЛК, пространственных параметров его изображения на фоточувствительной матрице ОЭС, заданных параметров объектива оптико-электронного средства и параметров МЛИ определяют пространственные параметры изображения МЛИ на фоточувствительной матрице оптико-электронного средства. Защиту ОЭС от поражения осуществляют путем экранирования за время между моментом времени окончания облучения ЛЛИ и моментом времени облучения МЛИ участка перед фоточувствительной матрицей с пространственными параметрами, равными полученным пространственным параметрам изображения мощного лазерного излучения МЛК на фоточувствительной матрице ОЭС. Технический результат заключается в повышении эффективности защиты ОЭС от поражения оптическим излучением. 2 ил.

Способ защиты оптико-электронных устройств от мощного лазерного комплекса, основанный на приеме оптических излучений оптико-электронным средством матричного типа, отличающийся тем, что измеряют параметры лазерного локационного излучения и пространственные параметры его изображения на фоточувствительной матрице оптико-электронного средства, по значениям параметров лазерного локационного излучения распознают тип мощного лазерного комплекса и определяют параметры его мощного лазерного излучения, по значениям параметров лазерного локационного излучения мощного лазерного комплекса, пространственных параметров его изображения на фоточувствительной матрице оптико-электронного средства, заданных параметров объектива оптико-электронного средства, параметров мощного лазерного излучения определяют пространственные параметры изображения мощного лазерного излучения мощного лазерного комплекса на фоточувствительной матрице оптико-электронного средства, защищают оптико-электронное средство от поражения мощным лазерным комплексом экранированием за время между моментом времени окончания облучения лазерным локационным излучением и моментом времени облучения мощным лазерным излучением оптико-электронного средства участка перед фоточувствительной матрицей с пространственными параметрами равными полученным пространственным параметрам изображения мощного лазерного излучения мощного лазерного комплекса на фоточувствительной матрице оптико-электронного средства.