Оптическая система координатора наведения авиационной управляемой ракеты с широкополосным фотоприемником
Владельцы патента RU 2280228:
Иркутский военный авиационный инженерный институт (RU)
Изобретение относится к оптико-электронной технике, в частности к устройствам фокусировки, оптической фильтрации и преобразования поступающего оптического излучения в электрический сигнал. Оптическая система дополнительно содержит щелевидный фильтр инфракрасного и ультрафиолетового диапазонов излучения со шторкой и широкополосный фотоприемник. Элементы зеркально-линзового объектива размещаются на гироскопе. Шторка выполнена из диска термостойкого, непрозрачного, немагнитного материала с вырезами, большими размеров щелевидных фильтров и расположенными в открытом положении напротив них. Щелевидный фильтр выполнен из диска термостойкого, непрозрачного, немагнитного материала со вставками из материалов, пропускающих излучение в областях спектра 0,019-0,022 мкм и 2-3 мкм, расположенными Г-образно. Широкополосный фотоприемник представляет собой фотодиод открытого типа с чувствительностью в области спектра 0,015-4 мкм. Реализация изобретения позволяет повысить точность обработки оптического сигнала на дальностях до цели менее 7000 метров за счет повышения разрешающей способности приема сигнала излучения цели в ультрафиолетовом диапазоне длин волн. 4 ил.
Изобретение относится к оптико-электронной технике, в частности к устройствам фокусировки, оптической фильтрации и преобразования поступающего оптического излучения в электрический сигнал.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является оптическая система зеркально-линзового объектива тепловой головки самонаведения управляемой ракеты, содержащая следующие элементы: мениск (обтекатель), рефлектор асферический, рефлектор сферический, корригирующая линза, изготовленная из монохромного стекла селенистого свинца и просветленная для инфракрасного спектра излучения. Фотоприемник представляет собой два фотодиода, расположенных Г-образно, изготовленных на основе антимонида индия с чувствительностью в инфракрасной области спектра [1].
Недостатком данной оптической системы с фотоприемником является:
- невозможность спектральной селекции полезного сигнала и помех с одинаковым нагревом, но различной природой нагрева;
- возможность разрушения фотоприемника направленным когерентным излучением достаточной мощности.
Задача изобретения заключается в:
- повышении точности обработки оптического сигнала на дальностях до цели менее 7000 метров;
- проведении спектральной селекции источников излучения с близкими температурами нагрева, но различными нагревающими материалами, с помощью применения двух диапазонов приема оптического излучения, ультрафиолетового и инфракрасного;
- защиту фотоприемника от направленного когерентного излучения.
Ha фиг.1 представлена схема оптической системы координатора наведения авиационной управляемой ракеты с широкополосным фотоприемником. Оптическая система служит для фокусировки потока лучистой энергии в фокальной плоскости в точечный кружок (пятно).
Оптическая система координатора наведения авиационной управляемой ракеты с широкополосным фотоприемником состоит из: мениск (обтекатель) 1, рефлектор асферический 2, зеркально-линзовый объектив 3. Объектив представляет собой рефлектор сферический 4, корригирующая линза 5, щелевидный фильтр инфракрасного и ультрафиолетового диапазонов излучения со шторкой 6, широкополосный фотоприемник 7.
Мениск (обтекатель) жестко связан с корпусом, является слабой отрицательной линзой, изготовленной из оптической керамики с коэффициентом пропускания, близким к единице в области спектра 0.015÷4 мкм. Поток лучистой энергии от цели, пройдя обтекатель и отражаясь от рефлекторов, попадает на корригирующую линзу, просветленную для рабочей области спектра излучения, которая фокусирует поток лучистой энергии в фокальной плоскости на щелевидный фильтр в виде пятна цели и далее на фотоприемник. Смещение цели в поле зрения оптической системы вызывает пропорциональное смещение ее изображения в фокальной плоскости.
Элементы зеркально-линзового объектива размещаются на гироскопе (смотри фиг.3), который обеспечивает стабилизацию оптической оси координатора в пространстве и ее коррекцию. На фиг.3 показан гироскоп, который состоит из: 13 - внутренний карданный подвес; 14 - статорная система; 15 - постоянный магнит; 16 - наружный магнитопровод; 17 - внутренний магнитопровод; 18 - внешний карданный подвес; 19 - двигатели разворота платформы статора гироскопов; 20 - зеркально-линзовый объектив.
Щелевидный фильтр со шторкой представлен на фиг.2 и состоит: шторка 8, выполненная из диска термостойкого, непрозрачного, немагнитного материала с вырезами, большими размеров щелевидных фильтров и расположенными в открытом положении напротив них; щелевидный фильтр 9, выполненный из диска термостойкого, непрозрачного, немагнитного материала, со вставками из материалов, пропускающих излучение в областях спектра 0.019÷0.022 мкм и 2÷3 мкм, расположенных Г-образно (смотри фиг.4). На фиг.4 обозначены: термостойкий, непрозрачный, немагнитный диск 21; оптические щелевидные фильтры инфракрасного диапазона 22; оптические щелевидные фильтры ультрафиолетового диапазона 23; пружина 10; электромагнит 11.
Широкополосный фотоприемник 12 представляет собой фотодиод открытого типа, обладающий чувствительностью в области спектра 0.015÷4 мкм, располагается на внутреннем карданном подвесе гироскопа.
В момент пересечения щелевого оптического фильтра точечным пятном изображения излучающего источника 24 (смотри фиг.4), находящегося в поле зрения координатора, вырабатывается импульсный сигнал цели.
Круговая развертка изображения осуществляется за счет наклона относительно оси вращения зеркал объектива координатора на угол γ. Оптимальная величина угла наклона выбрана такой, при которой радиус развертки изображения цели в фокальной плоскости составляет величину L/2+h (где L - длина оптического фильтра, h - величина зазора между фильтрами).
Электронный тракт обработки сигналов фотоприемника формирует сигнал в виде постоянного напряжения, величина которого характеризует величину рассогласования между центром окружности переноса изображения излучающего источника и соответствующей точкой пересечения лучом щели оптического фильтра, а знак - направление рассогласования относительно фильтра. Эти сигналы двух каналов, по одному из диапазонов, полностью определяют положение цели в плоскости изображения объектива координатора.
Для формирования сигнала рассогласования по каждому из каналов используется функциональная зависимость между моментом пересечения пятном изображения цели щелью оптического фильтра и значением напряжения, вырабатываемого генератором опорных напряжений. Формирование сигнала рассогласования осуществляется выборкой значений напряжения генератора опорных напряжений в момент появления сигнала цели.
Принцип формирования сигнала рассогласования поясняется на фиг.4. Зеркала объектива координатора наклонены относительно их оси вращения в плоскости, проходящей через линию N-N магнита ротора гироскопа (смотри фиг.3). Следовательно, положение цели однозначно оценивается по величине и фазе напряжений в обмотках ГОН, наводимых вращением постоянного магнита ротора гироскопа, в момент прохождения пятном изображения цели окна оптического фильтра.
Шторка объектива служит для защиты фотоприемника от направленного когерентного излучения, закреплена подвижно на оси неподвижного диска оптических фильтров. При отключенном питании электромагнита (смотри фиг.2) пружина находится в сжатом положении, и окна оптических фильтров закрыты. После подачи питания на координатор к электромагниту подается сигнал удержания шторки в открытом виде. При возрастании уровня сигнала, опасного для работоспособности фотоприемника, сигнал с электромагнита снимается, и шторка под действием пружины проворачивается, закрывая окна оптических фильтров.
Оптическая система координатора наведения авиационной управляемой ракеты с широкополосным фотоприемником позволит повысить точность обработки оптического сигнала на дальностях до цели менее 7000 метров за счет повышения разрешающей способности приема сигнала излучения цели в ультрафиолетовом диапазоне длин волн; проведении спектральной селекции источников излучения с близкими температурами нагрева, но различными нагревающими материалами, с помощью применения двух диапазонов приема оптического излучения, ультрафиолетового и инфракрасного; защиту фотоприемника от направленного когерентного излучения.
Источники информации
1. RU 2165582 С2, 20.04.2001 (прототип)
2. И.Е.Казаков, А.Ф.Мишаков. Авиационные управляемые ракеты. Часть II. Системы управления и динамика наведения авиационных управляемых ракет и бомб. М.: ВВИА им. проф. Н.Е.Жуковского. 1985 г., 422 стр.
3. VIII International Symposium "Atmospheric and optics. Atmospheric physics." - Tomsk: Institute of Atmospheric Optics SB RAS, 2001 - C.97. Kudryashev G.S., Abunyaev I.R., Lazovik I.N. Absorption of optical radiation in the atmosphere during anthropogenic effects.
Оптическая система координатора наведения авиационной управляемой ракеты с широкополосным фотоприемником содержит мениск-обтекатель, рефлектор асферический, зеркально-линзовый объектив, размещенный на гироскопе и представляющий собой рефлектор сферический и корригирующую линзу, отличающаяся тем, что она содержит щелевидный фильтр инфракрасного и ультрафиолетового диапазонов излучения, выполненный из диска термостойкого, непрозрачного, немагнитного материала со вставками из материалов, пропускающих излучение в областях спектра 0,019-0,022 мкм и 2-3 мкм, расположенными Г-образно, при этом на оси жестко закрепленного в зеркально-линзовом объективе щелевидного фильтра закреплена поворачивающаяся вокруг оси шторка, представляющая собой диск из термостойкого, непрозрачного, немагнитного материала с вырезами, большими размеров щелевидных фильтров и расположенными в открытом положении напротив них, электромагнит, удерживающий шторку в открытом состоянии при подаче на него электрического питания, и пружину, поворачивающую шторку в закрытое состояние после отключения электромагнита, причем широкополосный фотоприемник, представляющий собой фотодиод открытого типа с чувствительностью в области спектра 0,015-4 мкм, расположен на внутреннем карданном подвесе гироскопа.
