Способ лазерного поражения БПЛА системой Российский патент 2023 года по МПК F41H11/02 F41H13/00 H01S3/23 

Изобретение относится к средствам борьбы с беспилотными летательными аппаратами (БПЛА), в частности, к бесконтактным средствам защиты, а также к способам защиты наземных малоразмерных подвижных военных объектов от высокоточного оружия (ВТО) с лазерным наведением и может быть использовано при разработке комплекса индивидуальной защиты объектов бронетанковой, автомобильной и специальной техники для поражения различных беспилотных летательных аппаратов в экстремальных условиях.

Беспилотные летательные аппараты (далее - БПЛА), также именуемые как дроны (от англ. drones), с каждым годом становятся более распространенными для ведения боевых действий в качестве разведки, наведения боеприпасов и непосредственно поражения объектов. Частично могут уже относиться к высокоточному оружию (ВТО). Важным и основным элементом управления является оптико-электронная бортовая система наблюдения, позволяющая ориентироваться в пространстве, производить поиск объектов и наведение на цель.

Уровень техники.

Известен патент «Способ обнаружения средств оптического и оптоэлектронного типа» [1] №2133485 (G01S 17/02 (1995/01), GO1S 17/10 (1995/01), способ основан на зондировании контролируемого объема пространства сканируемым импульсным лазерным излучением, приеме оптических сигналов изображения с заданной дальности, преобразовании принятых сигналов изображения в видеосигнал, пороговой селекции, выявлении сигнала тревоги.

Недостатком является невозможность поражения выявленного средства оптоэлектронного типа.

Известен патент на полезную модель [2] «Комплекс поражения холодных целей» RU 91624 (F41G 7/20 (2006/01), F41F 3/04 (2006.01) от 17.11.2009), основанная на обнаружении и целеуказании цели, подсвете и нагреве цели лазерным излучением.

Недостатком является невозможность поражения лазерным излучением выявленной цели.

Известен способ наведения силового излучения на мишень средствами обращения волнового фронта [3] (см. В.Я.Зельдович, В.В.Шкуров / Обращение волнового /http://rusnauka.ru/lib/physic/wavfrpunt/1/obrwavr.htm; В.Я.Зельдович, Н.Ф. Пителецкий, В.В. Шкуров / Обращение волнового фронта. /стр. 22/ М.: «Наука», 1985 г.), содержащее наведение вспомогательного импульсного лазера на мишень, перехват отраженного мишенью излучения апертурой силового лазера, обращение волнового фронта и усиление перехваченного излучения.

Недостатком является отсутствие канала обнаружения и наведения на оптико-электронные устройства БПЛА и как следствие необходимость первоначального целеуказании и возможное ложное определение других зеркальных точек поверхности.

Известен патент «Лазерная система поражения цели» [4] US 5747720 (от 05.05.1998), состоящей из основного лазера и системы зеркал, лазерных усилителей и лазера подсветки, подсветкой определяется координаты целей и вычисляется направление поражающих лучей.

Недостатком является длительный процесс наведения, приводящий к ошибкам для динамической цели, отсутствие определения оптико-электронных элементов и невозможность их поражения.

В качестве прототипа выбран патент «Лазерная система поражения цели» [5] RU 2497064 (F41H 13/00 (2006/01) от 26/12/2011), включающий мощный лазер с оптической системой и лазер наведения, лазер наведения, оснащенный рассеивающей оптической системой, генерацию мощного луча.

Недостатком является отсутствие возможности поиска, обнаружения БПЛА и определение поражения бортовых оптико-электронных устройств.

Целью предложенного технического решения является наведение и поражение оптико-электронных устройств БПЛА. Технический результат заключается в наведении лазерной системы на бортовую оптико-электронную систему наблюдения и выборочном поражении оптики, что позволяет снизить время прицеливания и повысить точность поражения оптико-электронной системы наблюдения.

Поставленная задача решается за счет того, что совмещают оси оптических систем мощного лазера и лазера наведения, лучом лазера наведения сканируется верхняя полусфера, фиксируется отраженный луч от БПЛА, в отраженном луче обнаруживается максимум интенсивности зеркального отражения («блик») от оптико-электронной системы бортовой аппаратуры БПЛА, фиксируется направление совмещенной оси оптических систем лазера наведения и мощного лазера при зеркальном отражении от оптико-электронной системы БПЛА, одновременно с фиксацией направления выдается сигнал запуска мощного лазера, мощным лазером генерируется луч состоящий из серии мощных импульсов излучения в оптическую систему с совмещенными осями по зафиксированному направлению оси оптической системы лазера наведения с продолжительностью серии до отсутствия максимума интенсивности зеркального отражения («блика») от оптико-электронной системы БПЛА.

Технической результатом является разрушение оптики для обеспечения ликвидации канала наблюдения БПЛА за наземными объектами и срыв боевой задачи.

Спецификой обнаруживаемых оптических и оптоэлектронных объектов является зеркальный (направленный) характер отражения, при котором расходимость луча оптических локационных систем (ОЛС) до и после отражения одинакова. Зеркальным отражением объясняется "металлический" блеск чистой (без окислов) поверхности металлов, а также яркие блики при отражении света от стеклянных и водных поверхностей. В этом случае [6] (см., например, Коростелев А.А. и др. Теоретические основы радиолокации. / Под ред. Дулевича В.Е., изд. 2-е. - М.: Советское радио, 1978, с. 503-509, 514-519) приближенную оценку зеркального коэффициента отражения можно выполнить по формулам Френеля. При нормальном падении светового потока на диэлектрическую поверхность из формул Френеля следует

R_i=(n-1)²/(n+1)²,

где n - показатель преломления материала поверхности; так, например, при отражении светового потока от стеклянной поверхности, для которой n=1,5 (что является наиболее типичным для разновидности объектов, обнаруживаемых согласно предлагаемому способу), значение R_i=0,04. При зеркальном рассеянии угловая расходимость отраженного светового потока в 10⁴-10⁵ раз меньше, чем при диффузном, имея при этом в виду, что реальные цели, как правило, не являются ни ламбертовыми диффузными отражателями, ни рассеивателями зеркального типа, а представляют собой их комбинацию. Указанное обстоятельство, исходя из вида цели, создает предпосылки для надежного выделения сигнала над помехой.

Для точного обнаружения оптики в приборах российского производства, предназначенных для дистанционного автоматического обнаружения целей, ведущих встречное наблюдение с помощью оптических и оптико-электронных средств, прицелов, длиннофокусных объективов в условиях как интенсивного дневного, так и слабого ночного освещения применяются [7] приборы «СПИН-2», «Самурай», «Луч-1М» и др. Обнаружение оптики заключается в следующем, с помощью своего оптического прицела оператор наводит лазерный луч прибора в направлении предполагаемого нахождения оптического прицела. При попадании лазерного луча в объектив оптического прицела цели с его помощью формируется отраженное лазерное излучение, которое, возвращаясь в том же направлении, откуда оно пришло, поступает через оптическую систему на фотоприемное устройство и далее на устройство обработки сигналов, которое автоматически выдает сигнал о наличии или отсутствии цели, позволяет засечь координаты положение оптики и быстро определить потенциальную угрозу.

Для разрушения оптико-электронных приборов необходимо обеспечить соответствующий уровень мощности силового лазерного излучения.

Теория разрушения поглощающих излучение материалов разработана и относится к диапазону плотностей потока 10⁶-10⁹ Вт/см². При воздействии на материал часть лазерного излучения (ЛИ) поглощается. Время преобразования поглощенной энергии существенно меньше времени релаксации упругих напряжений в материале, что приводит к распространению волн разрежения. Волны разрежения, взаимодействуя между собой, создают большие напряжения, которые являются причиной возникновения расколов. Для разрушения оптических материалов определены пороги мощности излучения таблица 1.

В общем случае выделяют несколько стадий повреждения поверхности прозрачных материалов ЛИ. По мере увеличения интенсивности ЛИ происходят следующие процессы:

- интенсивное поглощение ЛИ на поверхностных дефектах;

- деформация поверхностного слоя в отдельных участках;

- образование на поверхности материала в процессе разрушения твердого тела высокотемпературной плазмы;

- оплавление поверхности плазмой и механическое повреждение прозрачного материала ударной волной в результате действия искрового разряда.

В результате разрушения входной оптики нарушается поступление информационного сигнала к оператору дистанционного управления и БПЛА слепнет с потерей ориентации. Отсутствие видеоинформации приводит к срыву боевой задаче БПЛА и дезориентации управления.

Таким образом происходит практически ослепление бортовых систем управления с потерей БПЛА который уходит в неконтролируемый полет.

Предлагаемый способ может быть реализован с помощью устройства представленного на структурной схеме рис. 1, 2, где представлена схема работы предлагаемой системы.

Лазерная система поражения БПЛА состоит из лазера наведения 1 и мощного лазера 2. Лазер наведения 2 и мощный лазер - 1 оснащены оптическими системами 4 и 5, с совмещенными осями - 7. Блок обработки и управления - 3 анализирует принимаемое отраженное излучение 8 от БПЛА-10 и управляет блоком сканирования - 6. Отраженное излучение - 8 поступает через совмещенную оптическую систему в блок обработки и управления - 3 с которого идет импульс запуска мощного лазера 2, который генерирует серию импульсов - 9, поступающих на БПЛА-10 и вызывающих поражение-11.

Лазерная система поражения БПЛА работает следующим образом.

Для определения положения БПЛА-10 в пространстве верхней полусферы, лазер наведения 1 генерирует луч излучения, который через оптическую систему 4, 5 с совмещенными осями-7 сканирует верхнюю полусферу в режиме заданным блоком сканирования - 6. При появлении отраженного луча - 8 от БПЛА-10, блоком обнаружения и управления - 3 выделяется время T₁ появления сигнала отличного от диффузного, то есть зеркального превышающего на несколько порядков уровень диффузного. Блок обнаружения и управления подает импульс запуска мощного лазера - 2, который генерирует серию мощных импульсов - 9 в течение времени Т₂-T₁ по зафиксированному направлению оптической системы с совмещенными осями до окончания сигнала зеркального отражения Т₂ от оптики БПЛА-10. Отсутствие сигнала зеркального отражения свидетельствует о поражении оптико-электронной системы БПЛА, то есть разрушении оптико-электронного тракта системы управления и соответственно срыва боевого наведения.

Реализация предлагаемой системы возможна на основе ряда производимых промышленностью лазеров, генерирующих импульсы с мощностью уровня 10⁹-10¹¹ Вт. Производятся импульсные твердотельные лазеры с высокой энергией системы Quantel на основе Nd: YAG и NdiGlass. Пример лазер Titan НЕ 1064 nm/5 Hz, на длине волны 1.06 мкм с энергией в импульсе 16 Дж и частотой повторения до 5 Гц. И длительностью импульса 12 не (12 * 10⁹ сек), также предлагаются лазеры с высокой энергией в импульсе до 100 Дж на ND стекле компании Quantel Laser (LUMIBIRD). Для обнаружения блика могут использоваться производимые системы «антинайпер». Также мощные импульсные лазеры производятся в ВНИИТФ-РФЯЦ.

Для дистанционного автоматического обнаружения целей, ведущих встречное наблюдение с помощью оптических и оптико-электронных средств, прицелов, длиннофокусных объективов в условиях как интенсивного дневного, так и слабого ночного освещения применяются [7] приборы «СПИН-2», «Самурай», «Луч-1М» и др. Обнаружение оптики заключается в следующем, с помощью своего оптического прицела оператор наводит лазерный луч прибора в направлении предполагаемого нахождения оптического прицела. При попадании лазерного луча в объектив оптики цели формируется зеркально («блик») отраженное лазерное излучение, которое, возвращаясь в том же направлении, поступает через оптическую систему на фотоприемное устройство и далее на устройство обработки сигналов, которое автоматически выдает сигнал о наличии или отсутствии «блика» оптики цели и позволяет засечь координаты положение оптики.

Предлагаемая система позволяет производить защиту от различных типов БПЛА, как боевых, так и разведывательного типа, отдельных стационарных объектов, а также мобильных боевых платформ типа БТР, корабельных системы и т.п.

Литература.

1. Патент RU 2133485 (G01S 17/02 (1995/01), G01S 17/10 (1995/01);

2. Патент полезная модель «Комплекс поражения холодных целей» RU 91624 (F41G 7/20 (2006/01), F41F 3/04 (2006.01) от 17.11.2009),

3. В.Я. Зельдович, Н.Ф. Пителецкий, В.В. Шкуров / Обращение волнового фронта, /стр. 22/ М.: «Наука», 1985 г;

4. Патент «Лазерная система поражения цели» US 5747720 (от 05.05.1998);

5. Патент «Лазерная система поражения цели» RU 2497064 (F41H 13/00 (2006/01) от 26/12/2011;

6. Коростелев А.А. и др. Теоретические основы радиолокации. / Под ред. Дулевича В.Е., изд. 2-е. - М.: Советское радио, 1978, с. 503-509, 514-519);

7. Каталог компании «Безар-Импер», приборы «СПИН-2», «Самурай», «Луч-1М», http://bezar.ru/.

Изобретение относится к средствам борьбы с БПЛА, в частности к бесконтактным средствам защиты, а также к способам защиты наземных объектов, и может быть использовано при разработке комплекса индивидуальной защиты объектов. Совмещают оси оптических систем лазера, генерирующего импульсы, и лазера наведения. Лучом лазера наведения сканируется верхняя полусфера. Фиксируется отраженный луч от БПЛА, в отраженном луче обнаруживается максимум интенсивности зеркального отражения от оптико-электронной системы бортовой аппаратуры БПЛА. Фиксируется направление совмещенной оси оптических систем лазера наведения и лазера, генерирующего импульсы, при зеркальном отражении от оптико-электронной системы БПЛА, одновременно с фиксацией направления выдается сигнал запуска лазера, генерирующего импульсы, лазером генерируется луч, состоящий из серии импульсов излучения в оптическую систему с совмещенными осями по зафиксированному направлению оси оптической системы лазера наведения с продолжительностью серии до отсутствия максимума интенсивности зеркального отражения от оптико-электронной системы БПЛА. Повышается точность поражения. 2 ил., 1 табл.

Способ лазерного поражения БПЛА системой, включающий лазер с оптической системой и лазер наведения, оснащенный рассеивающей оптической системой, блок генерации луча, отличающийся тем, что при этом совмещают оси оптических систем лазера, генерирующего импульсы с мощностью уровня 10⁹-10¹¹ Вт, и лазера наведения, лучом лазера наведения сканируется верхняя полусфера, фиксируется отраженный луч от БПЛА, в отраженном луче обнаруживается максимум интенсивности зеркального отражения от оптико-электронной системы бортовой аппаратуры БПЛА, фиксируется направление совмещенной оси оптических систем лазера наведения и лазера, генерирующего импульсы с мощностью уровня 10⁹-10¹¹ Вт, при зеркальном отражении от оптико-электронной системы БПЛА, одновременно с фиксацией направления выдается сигнал запуска лазера, генерирующего импульсы с мощностью уровня 10⁹-10¹¹ Вт, лазером генерируется луч, состоящий из серии импульсов мощностью уровня 10⁹-10¹¹ Вт излучения в оптическую систему с совмещенными осями по зафиксированному направлению оси оптической системы лазера наведения с продолжительностью серии до отсутствия максимума интенсивности зеркального отражения от оптико-электронной системы БПЛА.