Оптический блок для обнаружения цели

 

Изобретение относится к области вооружений, в частности к неконтактным взрывателям различных боеприпасов, срабатывающих от воздействия излучения оптического диапазона. Техническим результатом изобретения является увеличение вероятности обнаружения малогабаритных целей, обеспечение высокой точности установки заданной дальности срабатывания и повышение защищенности от оптических помех. Сущность изобретения заключается в том, что лазерный блок включает источник оптического излучения, коллимирующую и фокусирующую линзы и фотоприемник, при этом он снабжен системой светоделения оптического излучения, светофильтром и еще одним фотоприемником. Система светоделения размещена за коллимирующей линзой, а светофильтр установлен между фокусирующей линзой и фотоприемниками. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области вооружений и может быть использовано в неконтактных взрывателях различных боеприпасов, срабатывающих от воздействия излучения оптического диапазона.

Уровень техники.

Известно оптическое устройство для неконтактного взрывателя [1], состоящее из источника оптического излучения, коллимирующей линзы, двух отражателей, выполненных в форме зеркальных конусов, и фотоприемника. Излучение источника, установленного в фокальной плоскости коллимирующей линзы, отражается от поверхности первого зеркального конуса и выводится наружу в направлении "вперед и вбок" относительно направления движения боеприпаса. Оптическое излучение от поверхности цели отражается от второго зеркального конуса и попадает на фотоприемник, который преобразует оптический сигнал в электрический и производит его дальнейшую обработку.

Недостатком данного устройства является малый радиус действия и отсутствие защищенности от оптических помех.

Известно бортовое устройство с лазерным блоком для обнаружения целей [2] , состоящее из источника оптического излучения, коллимирующей линзы, двух зеркал и фотоприемника. Зеркала установлены на подвижную панель, которая фиксируется в двух положениях. Одно из зеркал плоское и выполнено в форме уголкового отражателя. Второе зеркало выполнено фокусирующим. В первом положении панели оба зеркала находятся внутри корпуса устройства и лазерное излучение не выходит наружу. Во втором положении панели излучение источника, установленного в фокальной плоскости коллимирующей линзы, отражается от первого зеркала и выводится наружу в направлении "вперед и вбок" относительно направления движения боеприпаса. Оптическое излучение от поверхности цели отражается вторым зеркалом на фотоприемник, установленный в фокусе этого зеркала. Фотоприемник преобразует оптический сигнал в электрический и производит его дальнейшую обработку.

Недостатком данного устройства является низкая вероятность обнаружения малогабаритных целей и, следовательно, низкая надежность срабатывания по целям такого типа, а также недостаточная защищенность от оптических помех. К недостаткам следует отнести и невысокую точность установки заданной дальности срабатывания, поскольку пересечение осей диаграммы направленности источника оптического излучения и диаграммы чувствительности фотоприемника на определенном расстоянии от боеприпаса обеспечивается только технологически. Недостатком является и значительное ухудшение аэродинамических параметров боеприпаса при включении данного устройства и, в результате, невозможность его использования при высоких скоростях движения боеприпаса.

Известен оптический дистанционный взрыватель [3], состоящий из источника оптического излучения, работающего в пульсирующем режиме, коллимирующей и фокусирующей линз, и фотоприемника. Фотоприемник установлен таким образом, что ось диаграммы направленности источника оптического излучения пересекает ось диаграммы чувствительности фотоприемника на определенном расстоянии от боеприпаса, в результате чего дистанционный взрыватель срабатывает только при наличии цели на заданном расстоянии. Излучение от источника проходит через коллимирующую линзу, отражается от поверхности цели и, если она находится на заданном расстоянии от боеприпаса, через фокусирующую линзу попадает на фотоприемник, который преобразует оптический сигнал в электрический и производит его дальнейшую обработку.

Данное решение, как наиболее близкое по технической сущности к заявляемому устройству, выбрано в качестве прототипа.

Недостатком этого устройства является низкая вероятность обнаружения малогабаритных целей и, в результате, низкая надежность срабатывания по целям такого типа. Недостатком является невысокая точность установки заданной дальности срабатывания, поскольку пересечение осей диаграммы направленности источника оптического излучения и диаграммы чувствительности фотоприемника на определенном расстоянии от боеприпаса обеспечивается только технологически. К недостаткам следует отнести и недостаточную защищенность от оптических помех.

Сущность изобретения.

Задачей изобретения является создание компактного, надежного и универсального оптического блока для обнаружения цели.

Технический результат, достигаемый изобретением, проявляется в увеличении вероятности обнаружения малогабаритных целей, обеспечении высокой точности установки заданной дальности срабатывания и повышении защищенности от оптических помех.

Технический результат достигается тем, что известный лазерный блок для обнаружения цели, включающий источник оптического излучения, коллимирующую и фокусирующую линзы, и фотоприемник, снабжен системой светоделения оптического излучения, светофильтром и фотоприемником, причем система светоделения размещена за коллимирующей линзой, а светофильтр установлен между фокусирующей линзой и фотоприемниками. Система светоделения выполнена в виде по крайней мере двух плоских отражающих зеркал, что увеличивает число зондирующих пучков оптического блока и, в результате, увеличивает вероятность обнаружения малогабаритных целей. Зеркала системы светоделения установлены с возможностью углового перемещения в пространстве независимо друг от друга, что обеспечивает пересечение осей диаграммы направленности источника оптического излучения и диаграммы чувствительности каждого фотоприемника на требуемом расстоянии, в результате чего заданная дальность срабатывания устанавливается с высокой точностью. Светофильтр имеет полосу пропускания, соответствующую длине волны источника оптического излучения, что значительно повышает защищенность блока от оптических помех широкого спектрального диапазона.

На чертеже представлена оптическая схема оптического блока для обнаружения цели. Это устройство состоит из источника оптического излучения (1), коллимирующей линзы (2), системы светоделения (3), защитного стекла (4), фокусирующей линзы (5), светофильтра (6) и фотоприемников (7).

Оптический блок для обнаружения цели состоит из источника оптического излучения (1), установленного в фокальной плоскости коллимирующей линзы (2), системы светоделения (3), установленной между коллимирующей линзой (2) и защитным стеклом (4), фокусирующей линзы (5), светофильтра (6), установленного между фокусирующей линзой (5) и фотоприемниками (7).

Оптический блок для обнаружения цели работает следующим образом: оптическое излучение источника 1, сколлимированное линзой 2, делится системой светоделения 3 на два одинаковых пучка и через защитное стекло 4 выводится наружу боеприпаса. При наличии цели на дистанции срабатывания датчика, излучение отражается от ее поверхности и через фокусирующую линзу 5 и светофильтр 6 попадает на фотоприемник 7, который преобразует оптический сигнал в электрический и производит его дальнейшую обработку. Источник оптического излучения 1, коллимирующая линза 2 и система светоделения 3 формируют два пучка оптического излучения, каждый из которых зондирует свой сектор пространства вокруг боеприпаса, а фокусирующая линза 5 и фотоприемники 7 формируют две приемные диаграммы чувствительности оптического блока для обнаружения цели. Систему светоделения 3 юстируют таким образом, что оси диаграмм направленности зондирующих пучков источника 1 пересекают оси соответствующих диаграмм чувствительности фотоприемников 7 на требуемом расстоянии от боеприпаса, в результате чего оптический блок обнаруживает только те цели, которые находятся на заданном расстоянии от боеприпаса. Защитное стекло 4 предназначено для исключения проникновения влаги и пыли внутрь устройства. Светофильтр 6 имеет полосу пропускания, соответствующую длине волны источника излучения. Это значительно повышает защищенность предлагаемого устройства от оптических помех, которые, как правило, имеют широкий спектральный диапазон.

Увеличение в одном боеприпасе числа оптических блоков для обнаружения цели по крайней мере до двух, каждый из которых отслеживает появление цели в своем секторе пространства, позволяет значительно повысить вероятность обнаружения целей. Каждый блок формирует два зондирующих пучка оптического излучения и две приемные диаграммы чувствительности фотоприемников, в результате чего датчик в целом формирует не менее четырех зондирующих оптических пучков и четырех приемных диаграмм чувствительности, причем углы между осями соседних диаграмм чувствительности одинаковые. Пересечение осей диаграмм направленности и соответствующих им диаграмм чувствительности на требуемом расстоянии от боеприпаса с высокой точностью обеспечивает юстируемая система светоделения. Наличие светофильтра повышает помехозащищенность датчика, а использование большого количества зондирующих пучков значительно повышает вероятность обнаружения малогабаритных целей.

Количество зондирующих оптических пучков (и, соответственно, приемных диаграмм чувствительности фотоприемников) выбирается исходя из калибра используемого боеприпаса, характерного размера предполагаемых целей и требуемой дальности действия оптического блока. Увеличение числа зондирующих диаграмм повышает вероятность обнаружения цели и дальность действия датчика, но калибр боеприпаса и экономические соображения накладывают определенные ограничения. По сравнению с прототипом предлагаемый оптический блок для обнаружения цели существенно более компактен, что позволяет в одном и том же типе боеприпаса значительно увеличить количество зондирующих оптических пучков, и, следовательно, повысить эффективность и надежность устройства. Наличие юстируемой системы светоделения позволяет в процессе производства оперативно изменять дистанцию обнаружения цели без внесения изменений в конструкцию блока, что делает предлагаемое устройство более универсальным по сравнению с прототипом. Введение в конструкцию устройства светофильтра с полосой пропускания, соответствующей длине волны источника оптического излучения, также повышает надежность оптического блока.

Авторами разработан и изготовлен макет одного канала для шестиканального двенадцатилучевого лазерного неконтактного датчика цели. В качестве источника излучения используется полупроводниковый лазер М-1, имеющий длину волны излучения (0.85-0.91) мкм, мощность оптических импульсов (3-6) Вт и длительность оптических импульсов по уровню 0.5-(40-100) нс. В качестве фотоприемников используются фотоприемные устройства М-2. Два зондирующих лазерных пучка выводятся наружу в направлении "вперед и вбок" относительно направления движения боеприпаса. Угол между осями диаграмм направленности зондирующих пучков (и, соответственно, приемных диаграмм чувствительности фотоприемников) ~ тридцать градусов. Требуемое расстояние от макета до точки пересечения осей диаграмм направленности зондирующих пучков с осями соответствующих диаграмм чувствительности фотоприемников обеспечивается юстировкой зеркал системы светоделения и может варьироваться в пределах (0.2-12.0) метра. Перед фотоприемниками установлен светофильтр, пропускающий только излучение с длиной волны (850-910) нм. Испытания, проведенные на макете, показали работоспособность и эффективность заявляемого устройства. Например, при заданной дальности действия датчика 1 метр, минимальный размер целей, обнаруживаемых с вероятностью близкой к 1, составляет около 0.5 метра. Абсолютное большинство потенциальных цепей имеет характерные размеры, значительно превышающие этот показатель. Применение светофильтра значительно уменьшило влияние оптических помех и, следовательно, повысило помехозащищенность датчика. Например, интенсивность солнечного излучения, падающего на фотоприемник, уменьшилась в ~10 раз, что исключает возможность срабатывания оптического блока для обнаружения цели от воздействия солнечной засветки.

Авторами разработан и изготовлен второй макет оптического блока для обнаружения цели. В качестве источника излучения используется светодиод АЛ119, работающий в непрерывном режиме. Длина волны излучения - (0.93-0.96) мкм, мощность порядка 40 мВт. В качестве фотоприемников используются фотодиоды ФД-265 с усилителем. Излучение светодиода делится системой светоделения на два пучка и выводятся наружу в направлении "вперед и вбок" относительно направления движения боеприпаса. Угол между осями диаграмм направленности зондирующих пучков (и, соответственно, приемных диаграмм чувствительности фотоприемников) - сорок пять градусов. Расстояние от макета до точки пересечения осей диаграмм направленности зондирующих пучков с осями соответствующих диаграмм чувствительности фотоприемников обеспечивается юстировкой зеркал системы светоделения. Перед фотоприемниками установлен светофильтр, пропускающий только излучение инфракрасного диапазона. Испытания, проведенные на макете, показали его работоспособность при расстояниях до цели от 0 до 0.5 м.

Источники информации.

1. Патент США N 3786757 по кл. F 42 C 13/02 опубл. 22.01.74.

2. Патент США N 5138947 по кл. F 42 C 13/02 опубл. 18.08.1992.

3. Патент ФРГ PS N 2949521 по кл. F 42 C 13/02 опубл. 21.10.82. (прототип).

Формула изобретения

1. Оптический блок для обнаружения цели, включающий источник оптического излучения, коллимирующую и фокусирующую линзы и фотоприемник, отличающийся тем, что он снабжен системой светоделения, размещенной за коллимирующей линзой, светофильтром и фотоприемником, причем светофильтр установлен между фокусирующей линзой и фотоприемниками.

2. Оптический блок для обнаружения цели по п.1, отличающийся тем, что система светоделения выполнена в виде, по крайней мере, двух плоских отражающих зеркал, установленных с возможностью углового перемещения в пространстве независимо друг от друга и обеспечивающих пересечение осей диаграммы направленности источника оптического излучения и диаграммы чувствительности фотоприемника на требуемом расстоянии.

3. Оптический блок для обнаружения цели по п.1, отличающийся тем, что светофильтр имеет полосу пропускания, соответствующую длине волны источника оптического излучения.

РИСУНКИ

Рисунок 1