Устройство снижения оптической заметности летательных аппаратов

Изобретение относится к области маскировки объектов. Технический результат - снижение оптической заметности. Устройство снижения оптической заметности летательного аппарата (ЛА) содержит несколько средств снижения оптической заметности ЛА, входы которых соединены с соответствующими выходами устройств управления, входы которых соединены с несколькими соответствующими выходами бортового вычислительного устройства. Устройство снабжено последовательно соединенными устройствами получения и передачи изображения ЛА, расположенными на борту вспомогательного ЛА, а также приемником изображения, расположенным на борту ЛА. При этом вход устройства получения изображения ЛА ориентирован в направлении на ЛА, а выход устройства передачи изображения ЛА ориентирован на вход приемника изображения, который подключен к входу бортового вычислительного устройства. 1 ил.

 

Устройство относится к маскировке и может быть использовано для проведения мероприятий по скрытию летательных аппаратов (ЛА) военного назначения от средств оптико-электронной и визуальной разведки противника.

Известны устройства снижения оптической заметности ЛА, содержащие на поверхности ЛА маскировочные покрытия (см., например, заявка Великобритании №1595615 по классу F41Н 3/00, №1595615, 1981 г. и патент США №4611524 по классу F41Н 3/00, 1986 г.).

Основным недостатком указанных аналогов является низкая эффективность снижения оптической заметности ЛА, обусловленная невозможностью адаптации цвета и яркости покрытий к вариациям цвета и яркости фона наблюдения. Действительно, для эффективного снижения заметности ЛА необходимо поддержание непрерывного сочетания яркости и цвета маскируемых элементов поверхности ЛА (а значит и ЛА в целом) с окружающим фоном в зависимости от изменения условий его освещенности в течение суток, отдельных дней, времен года и т.д. Кроме того, при освещении ЛА солнечным светом имеет место значительный контраст между затененными и освещенными сторонами ЛА.

Известны также устройства снижения оптической заметности ЛА, содержащие полимерные покрытия и устройство управления цветом и яркостью этих покрытий в зависимости от изменения их освещения и фона наблюдения [патент США №5144877 по классу F41Н 3/00, 1992 г., Aviation Week and Space Technology, 07.06.93, v.138, №23, p.136-137, Экспресс-информация. Авиационная и ракетная техника. 2002 г., №20, патент России №2221209 по классу F41Н 3/00, 2004 г.].

Основным недостатком известных устройств является их недостаточная эффективность. Это связано с тем, что управление оптическими характеристиками покрытий осуществляется на основе информации об освещенности поверхности ЛА. Известно (см. Сапожников Р.А. Теоретическая фотометрия. М.: Энергия, 1977 г.), что для того, чтобы по результатам освещенности определить яркость поверхности, необходимо знание оптических характеристик этой поверхности как энергетических, так и пространственных. Определить эти характеристики можно для случая, если поверхность является диффузно отражающей, как это сделано, например (см. патент России №2221209 по классу F41Н 3/00, 2004 г.). Однако, в действительности, покрытия на ЛА, особенно с управляемыми оптическими характеристиками, имеют диффузно-направленный характер отражения, зависящий как от направления освещения, так и от направления наблюдения. Поэтому для эффективного управления яркостью элементов поверхности ЛА необходимо точное знание регулировочных зависимостей для каждого элемента поверхности ЛА.

Чтобы точно знать регулировочные характеристики следует их измерить, что выполнить достаточно сложно, кроме того, они могут изменяться в процессе эксплуатации.

Более высокой эффективностью по сравнению с предыдущими аналогами обладает устройство снижения оптической заметности летательных аппаратов [см. Military Technology, vol. XVIII, 5, pp.38-40, 6, pp.68-71, 1994.], который является и наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению. Устройство содержит N датчиков для измерения ими освещенностей N элементов поверхности ЛА с дискретных направлений освещающего пространства, выходы которых соединены со входом бортового вычислительного устройства, в котором осуществляется расчет яркостей N элементов поверхности ЛА, выходы которого подключены к устройству управления N средствами снижения заметности.

Основным недостатком данного устройства, как и аналогов, является недостаточная его эффективность, обусловленная тем, что яркости элементов поверхности ЛА рассчитывают с погрешностями, обусловленными незнанием пространственных характеристик отражения элементов поверхности, что приводит к погрешности в определении регулировочных характеристик, обеспечивающим минимальный контраст поверхностей ЛА с фоном наблюдения. Действительно, хотя в данном устройстве по сравнению с аналогами и производится учет зависимости характеристик отражения элементов поверхности ЛА от направления освещения за счет того, что освещенность N-го элемента поверхности измеряют с известного направления (α, β), определяемого ориентацией датчика в пространстве, то зависимость яркости от направления наблюдения (θ, ϕ) остается неизвестной. Поэтому в прототипе предполагается, что яркости элементов поверхности ЛА не зависят от направления наблюдения.

Такое допущение, принятое в прототипе, может привести к ошибкам в определении регулировочных характеристик, зависящих от контрастов, а, следовательно, и от яркостей элементов поверхности ЛА в несколько раз (см., например, Гуревич М.М. Фотометрия. Л.: Энергоатомиздат, 1983 г.), что обуславливает его недостаточную эффективность.

Задачей данного изобретения является повышение эффективности устройства снижения оптической заметности ЛА за счет устранения погрешностей в определении регулировочных характеристик, обеспечивающих минимальный контраст элементов поверхности ЛА с фоном наблюдения.

Технически задача решается за счет того, что в известное устройство снижения оптической заметности ЛА, содержащее N средств снижения заметности ЛА, входы которых соединены с соответствующим 1...N выходами устройств управления этими средствами, а входы устройств управления соединены с соответствующим 1...N выходами бортового вычислительного устройства, в него дополнительно введены вспомогательный ЛА, последовательно соединенные устройство передачи изображения и устройство получения изображения, расположенные на борту вспомогательного ЛА, и приемник изображения, расположенный на борту защищаемого ЛА, причем вход устройства получения изображения ориентирован в направлении на защищаемый ЛА, а выход устройства передачи изображения ориентирован на вход приемника изображения, который подключен ко входу бортового вычислительного устройства.

Указанная выше совокупность отличительных существенных признаков за счет введения в предлагаемое устройство вспомогательного ЛА, на котором размещены устройства получения и передачи изображения защищаемого ЛА позволяет получать точную и объективную информацию о его контрастном образе, которая обеспечивает за счет наличия связи между приемником изображения, бортовым вычислительным устройством и устройством управления устранения погрешностей в определении регулировочных характеристик для минимизации контрастов элементов поверхности ЛА с фоном наблюдения.

Кроме того, заявляемое устройство выгодно отличается от прототипа тем, что для его реализации не требуется измерения характеристик фона наблюдения, так как регистрируется изображение ЛА на фоне наблюдения. Более того, в заявляемом устройстве влияние возможного изменения характеристик фона наблюдения устраняется в процессе управления характеристиками средств снижения оптической заметности ЛА за счет изменения сигналов управления каждым средством до достижения минимальных значений текущих контрастов видимых противником элементов поверхности ЛА, что также способствует повышению эффективности устройства снижения оптической заметности ЛА.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, идентичных всем признакам заявляемого технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявляемого изобретения условию патентоспособности "новизна".

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными признаками заявляемого устройства, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники и не подтверждена известность влияния отличительных признаков на заявляемый технический результат (повышение эффективности снижения оптической заметности ЛА). Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень."

Заявляемое техническое решение промышленно применимо, так как оно может быть использовано в военно-промышленном комплексе, и для его реализации могут быть использованы стандартное оборудование и материалы.

На чертеже приведена структурная схема предлагаемого устройства снижения оптической заметности летательных аппаратов.

Устройство содержит: вспомогательный ЛА 1, на борту которого находится устройство получения изображения (УПИ) 2 защищаемого ЛА 3. Выход УПИ 2 соединен со входом устройства передачи изображения (УП) 4, выход которого ориентирован в направлении приемника изображения (ПИ) 5, расположенного на борту защищаемого ЛА 3. Выход ПИ 5 подключен ко входу бортового вычислительного устройства (БВУ) 6, выходы 6.1...6.N соединены с соответствующими входами 7.1...7.N устройства управления средствами снижения заметности 8.1...8.N, расположенными на защищаемом ЛА.

Роль вспомогательного ЛА 1 может выполнять специальный или любой, находящийся в боевом строю ЛА, оборудованный средствами получения и передачи изображений, который на время "настройки" системы снижения оптической заметности занимает положение на линии визирования защищаемого ЛА средствами наблюдения противника.

В качестве средств получения 2 изображений могут использоваться телевизионные или тепловизионные системы, работающие в диапазоне оптических частот средств наблюдения противника.

Средством передачи изображений 4 может быть любое радиопередающее устройство, имеющее достаточную для этого пропускную способность.

В качестве приемника изображения 5 может использоваться соответствующее УП 4 радиоприемное устройство.

Бортовым вычислительным устройством может быть бортовой компьютер, выдерживающий определенные механические нагрузки с учетом реальных условий эксплуатации. Таким требованиям соответствуют промышленные персональные компьютеры, предлагаемые фирмой "Rames" и НПО "Импульс" (см. рекламный проспект НПО "Импульс", г.Санкт-Петербург, ул.Обручевых, 1).

В качестве устройств управления средствами снижения заметности 7.1...7.N в зависимости от физической сущности применяемого средства могут использоваться специальные устройства, воздействующие на чувствительные к управлению элементы управляемого средства, например, генераторы импульсов переменного тока (см. Оксидные электрохромные материалы. ЛГУ им. П.Стучки. Рига. 1981 г.).

В качестве управляемых средств снижения оптической заметности отдельных элементов поверхности ЛА могут использоваться распределенные по поверхности элементов ЛА источники света (см., например, Jane's International Defence Review.volume №30, april 1997, p.26-32.), электрохромные покрытия, нанесенные на поверхности элементов ЛА, оптические характеристики которых изменяются под воздействием электрических управляемых сигналов (см., например, Экспресс-информация. Авиационная и ракетная техника. 2002 г., №20), управляемые полимерные покрытия (см. Aviation Week and Space Technology, 07.06.93, v.138, №23, p.136-137) и другие известные средства снижения оптической заметности ЛА, обеспечивающие изменение оптических характеристик элементов поверхности ЛА.

Предлагаемое устройство снижения оптической заметности летательных аппаратов работает следующим образом.

При возникновении необходимости снижения оптической заметности защищаемого ЛА 3 по командам летчика вспомогательный ЛА 1 занимает положение на линии визирования защищаемого ЛА 3 средствами наблюдения противника. Устройством получения изображения 2 (при необходимости настраиваемым по командам летчика защищаемого ЛА) регистрируется изображение ЛА 3, которое с помощью устройства 4 передается на приемник изображения 5, установленный на борту ЛА 3. С приемника изображения 5 изображение защищаемого ЛА 3 передается в бортовое вычислительное устройство 6, в котором содержится предварительно рассчитанная трехмерная геометрическая модель защищаемого ЛА 3. Для известного ракурса, с которого регистрируется изображение защищаемого ЛА 3, и его известного пространственного положения в бортовом вычислительном устройстве 6 рассчитывается его геометрический образ. Переданное с приемника 5 изображение защищаемого ЛА 3 проецируется на предварительно отмасштабированный для совпадения размеров геометрический образ ЛА. В результате в бортовом вычислительном устройстве 6 формируется реальный контрастный образ ЛА и прилегающих к нему участков фона. Для известных яркостей N элементов поверхности ЛА и фона с выходов бортового вычислительного устройства 6 вырабатываются сигналы управления 6.1...6.N, которые подаются на входы 7.1...7.N устройств управления средствами снижения заметности 8.1...8.N, расположенными на защищаемом ЛА для обеспечения их минимального контраста с фоном.

На этом цикл работы предлагаемого устройства заканчивается.

Оценку технического результата заявляемого устройства снижения оптической заметности ЛА (повышение эффективности снижения оптической заметности ЛА за счет устранения погрешностей в определении регулировочных характеристик, обеспечивающих минимальный контраст элементов поверхности ЛА с фоном наблюдения) по сравнению с прототипом можно провести на основе следующих данных.

В прототипе управляющие сигналы i-м средством снижения оптической заметности i-го элемента поверхности ЛА формируются на основе расчетных значений контрастов в предположении, что отраженное от поверхности ЛА излучение не зависит от направления наблюдения. Однако, известно, что при заданном направлении освещения яркость поверхности в зависимости от углов наблюдения может изменяться в несколько раз (см. Гуревич М.М. Фотометрия. Л.: Энергоатомиздат, 1983 г., с 60-61).

Предположим, что поверхность освещается под углами α=45°, β=0° и имеет коэффициент отражения, близкий к единице. Тогда в рассматриваемом случае при изменении углов наблюдения от θ=30°, ϕ=180° до θ=60°, ϕ=180° яркость ее изменится в два раза (см. Гуревич М.М. Фотометрия. Л.: Энергоатомиздат, 1983 г., с 60-61).

В этом случае, если контраст элемента, оптические характеристики которого управляются, составляет величину, например, 0,8, то изменение яркости элемента в два раза при условии, что фон не меняется, приведет к изменению контраста до величины 2,6, то есть более, чем в 3 раза. Следовательно, во столько же раз и увеличится погрешность в определении регулировочных характеристик, обеспечивающих минимальный контраст элемента с фоном, что приводит к низкой эффективности устройства.

В заявляемом изобретении в отличии от прототипа регулировочные характеристики определяются на основе анализа контрастного образа защищаемого ЛА, который обладает высокой степенью достоверности, так как в нем уже учтены реальные характеристики отражения элементов поверхности ЛА. Поэтому независимо от зарегистрированного (первоначально существующего) контраста элементов поверхности ЛА с фоном регулирование средствами снижения заметности осуществляется до тех пор, пока контраст этих элементов не достигнет порогового значения, которое присуще устройству управления. Следовательно, погрешность в определении регулировочных характеристик в заявляемом устройстве компенсируется на уровне пороговых значений устройств управления, которые по величине контраста, как правило, не превышают величину 0,1.

Таким образом, предложенное устройство снижения оптической заметности летательных аппаратов за счет управления уровнем заметности ЛА на основании его же изображения, зарегистрированного и переданного на его борт, позволяет за счет получения точной и объективной информации о его контрастном образе и наличия обратной связи между устройством управления и зарегистрированным изображением повысить эффективность устройства снижения оптической заметности ЛА не менее, чем в три раза.

Устройство снижения оптической заметности летательного аппарата (ЛА), содержащее несколько средств снижения оптической заметности ЛА, входы которых соединены с соответствующими выходами устройств управления, входы которых соединены с несколькими соответствующими выходами бортового вычислительного устройства, отличающееся тем, что оно снабжено последовательно соединенными устройствами получения и передачи изображения ЛА, расположенными на борту вспомогательного ЛА, а также приемником изображения, расположенным на борту ЛА, при этом вход устройства получения изображения ЛА ориентирован в направлении на ЛА, а выход устройства передачи изображения ЛА ориентирован на вход приемника изображения, который подключен к входу бортового вычислительного устройства.