Способ скрытия оптико-электронных средств от лазерных локационных систем

 

Изобретение относится к области оптико-электронной техники и может быть использовано в системах оптико-электронного противодействия.

Известен способ снижения эффективной площади рассеивания (ЭПР) оптико-электронного прибора (ОЭП) (см. например [1]), основанный на нанесении светопоглощающего покрытия на отражающие поверхности формирующей оптики ОЭП и поглощении им части локационного оптического излучения, измерении значения крутизны К выходного сигнала фотоприемника ОЭП и сравнении с пороговым значением К_n, если К>К_n,то произведении по значениям крутизны К выходного сигнала фотоприемника ОЭП и величины поглощения локационного оптического излучения за пределами периметра отражающей поверхности вычисления требуемого значение изменения освещенности отражающей поверхности, осуществлении изменения освещенности отражающей поверхности на требуемое значения и поглощении части локационного оптического излучения за пределами отражающей поверхности. Недостатками способа являются:

- снижение технических характеристик ОЭП, обусловленных ухудшением разрешающей способности при изменении параметров освещенности фотоприемника;

- возможность срыва процесса снижения ЭПР ОЭП, обусловленная инерционностью изменения параметров освещенности отражающей поверхности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является способ скрытия ОЭП от лазерных локационных средств (ЛЛС) (см. например [2]), основанный на приеме спонтанного излучения ЛЛС, предшествующего импульсу основного зондирующего лазерного излучения на время Δt = t_O - t_C, где t_O - момент времени прихода импульса основного лазерного излучения; t_C - момент времени превышения уровня принимаемого спонтанного излучения порога его обнаружения, симметричном деления за время Δt площади апертуры ОЭП на две части, поглощении с направления входа и выхода ОЭП падающего на одну часть основного оптического излучения передающего канала ЛЛС.

Недостатками способа являются:

- существенное (50%) снижение потока принимаемого ОЭП полезного сигнала во время осуществления экранирования половины приемной апертуры;

- существенное снижение эффекта скрытия при наклонном падении фронта зондирующего лазерного излучения на приемную апертуру, если точка расположения ЛЛС оказывается в секторе углового поля ОЭП, соответствующему закрытой экраном половине апертуры.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение является повышение эффективности скрытия ОЭП от ЛЛС за счет обеспечения всеракурсности защиты (при расположении ЛЛС в любой точке углового поля ОЭП) и уменьшение энергетических потерь полезного сигнала во время экранирования апертуры ОЭП.

Сущность изобретения заключается в экранировании не половины, а лишь части апертуры ОЭП, на которую опирается пучок излучения, оказывающий определяющее влияние на формирование принимаемого ЛЛС потока отраженного от ОЭП излучения с учетом пространственного положения области отражения. Это обеспечивает всеракурсность защиты и незначительные энергетические потери при экранировании апертуры ОЭП.

Технический результат достигается тем, что в известном способе скрытия ОЭП от ЛЛС, основанном на приеме оптического излучения ОЭП, измерении параметров принимаемого оптического излучения, различении по их значениям параметров спонтанного излучения передающего канала ЛЛС, предшествующего основному, регистрации момента времени приема спонтанного излучения передающего канала ЛЛС t_C и определении момента времени прихода t_O основного излучения передающего канала ЛЛС, определяют по значениям параметров спонтанного излучения угловые координаты ЛЛС α и β, устанавливают за время Δt < t_C - t_O на входной апертуре ОЭП экран в координаты х = f sinα, у = f sinβ и площадью S, при этом , где - радиус экрана, f - фокусное расстояние объектива ОЭП, Δ - расстояние расположения отражающей поверхности с зеркальными свойствами отражения относительно точки фокуса объектива ОЭП, λ_макс - максимальная длина волны пропускания оптического излучения объектива ОЭП, поглощают экраном часть излучения ЛЛС отраженного от поверхности ОЭП с зеркальными свойствами отражения.

ОЭП как объекты активной оптической (лазерной) локации относятся к малоразмерным объектам с нелокальным отражением. Такие объекты отражают часть падающего излучения в виде узкого пучка в направлении источника подсвета. Поэтому в процессе оптико-локационного наблюдения они выступают как малоразмерные отражатели с высоким блеском. Яркие блики отраженного оптического излучения на фоне менее интенсивного излучения, рассеянного телами с шероховатой поверхностью и природными образованиями, служат единственным демаскирующим признаком скрытого наблюдения с использованием пассивных оптических и оптико-электронных приборов.

Количественно способность отражать падающее на апертуру ОЭП зондирующее лазерное излучение характеризует такая физическая величина как ЭПР, (см. например, [3, 4]). Значение σ ЭПР ОЭП зависит от радиуса R кривизны волнового фронта отраженного излучения и рассчитывается (без учета ослабления излучения в оптической системе ОЭП) по формуле (см., например, [5])

Учитывая, что фронт отраженного от ОЭП излучения на достаточных расстояниях - расходящийся, можно определить размеры участка фронта вблизи к направлению на источник зондирующего излучения (ИЗИ), оказывающего определяющее влияние на формирование отраженного сигнала в дальней зоне лазерной локации. Для этого приравняем ЭПР ОЭП и ЭПР малого плоского отражателя радиуса r. Тогда справедливо соотношение

где Δ - расстояние расположения отражающей поверхности с зеркальными свойствами отражения относительно точки фокуса объектива ОЭП, f - фокусное расстояние объектива ОЭП, λ - длина волны излучения ЛЛС

Откуда следует, что

Из (3) следует, что радиус участка волнового фронта в плоскости апертуры ОЭП, ответственного за формирования отраженного сигнала ЛЛС в дальней зоне лазерной локации ОЭП, соизмерим с радиусом первой зоны Френеля для сферического фронта с радиусом кривизны R. Поэтому для практически полного подавления отраженного ОЭП излучения достаточно использовать поглощающий экран радиуса г_э

и разместить его в плоскости апертуры ОЭП таким образом, чтобы его центр совпадал с точкой с координатами х = f sinα и у = f sinβ (β, α - угловые координаты ЛЛС).

Для подтверждения технического результата способа осуществлена оценка его эффективности, которая включала сравнение площадей экрана, соответствующих условию (4), к площади входной апертуры ОЭП при заданных параметрах ОЭП и ЭПР. Так, например, отношения площади экрана к площади входной апертуры ОЭП для ЭПР ОЭП 100 м² и 1000 м² составили примерно 0,55% и 5,5% соответственно. Это приближенно в 9÷90 раз является выигрышным по отношению к полезному сигналу в сравнении с прототипом.

Заявленный способ поясняется схемой, представленной на фигуре 1, где приняты следующие обозначения: 1 - этап работы ОЭП в режиме приема и анализа спонтанного излучения ЛЛС; 2 - этап работы ОЭП в режиме приема основного излучения ЛЛС с уменьшенной ЭПР; 3 - спонтанное излучение ЛЛС; 4 - основное излучение ЛЛС; 5 - объектив ОЭП; 6 - отражающая поверхность ОЭП; 7 - поглощающий экран; 8 - траектории распространения излучения передающего канала ЛЛС на входе, выходе и внутри ОЭП; 9 - область отражения излучения ЛЛС отражающей поверхностью) (J - интенсивность принимаемого излучения ЛЛС, t - время, Δt - интервал времени, необходимого на снижение ЭПР ОЭП, t_C - момент времени регистрации спонтанного излучения ЛЛС, t_O - определяемый момент времени приема основного излучения ЛЛС, λ_макс - максимальная длина волны пропускания оптического излучения формирующей оптикой оптико-электронного прибора, остальные обозначения раскрыты выше).

Динамика формирования локационного сигнала ЛЛС включает генерацию оптических волн, которые можно разделить на спонтанные излучения 3 (под спонтанным излучением понимается совокупность спонтанного и спонтанно-индуцированного излучений) и основное 4 (см., например, [4, стр. 110-111, 128-131]). При этом в соответствии с достижением технического результата рассматривается спонтанное излучение предшествующее основному. Прием спонтанного излучения характеризует факт работы передающего канала (лазера) ЛЛС и обеспечивает временной ресурс для скрытия (снижения ЭПР) ОЭП (см., например, [4, стр. 109]). Разделение спонтанного излучения 3 и основного 4 можно осуществить по частотным характеристикам. На этапе работы ОЭП в режиме приема и анализа спонтанного излучения ЛЛС 1 ОЭП функционирует в минимальном режиме скрытия. При поступлении на вход ОЭП спонтанного излучения 3 передающего канала ЛЛС, осуществляется оценка его частотных, временных, пространственных и энергетических параметров, по которым определяются: факт функционирования передающего канала ЛЛС, момент времени регистрации t_C, момент времени приема основного излучения ЛЛС t_O, а также угловые координаты ЛЛС β, α). Момент времени регистрации t_C спонтанного излучения 3 является управляющей командой для принятия мер по скрытию ОЭП за время t_C < Δt < t_O и перехода ОЭП на этап работы в режиме приема основного излучения ЛЛС 2 с уменьшенной ЭПР. Угловые координаты ЛЛС β, α определяет координаты установки экрана на входной апертуре ОЭП. Для упрощения понимания сущности изобретения и описания процесса скрытия ОЭП оптическая система представляется в эквивалентном виде (фигура 1), состоящая из объекта 5 и отражающей зеркальной поверхности 6 (см., например, [4, стр. 26-28). Направления распространения локационного излучения оптических потоков элементами 5 и 6 в структуре ОЭП представляются в виде прямолинейных траекторий 8. На этапе работы 1 ОЭП пропускает все излучения, в том числе и ЛЛС. При обнаружении спонтанного излучения 3 на оптической оси ОЭП за время t_C < Δt < t_O устанавливают на входной апертуре ОЭП х = f sinα и у = f sinβ экран 7 в координаты его центра и площадью S, при этом , где . Поглощают экраном 7 часть излучения лазерного локационного средства 8 отраженного от поверхности ОЭП с зеркальными свойствами отражения 6. Выбор λ_макс определяется отсутствием данных о длине волны излучений ЛЛС.

На фигуре 2 представлена блок-схема устройства, с помощью которого может быть реализован предлагаемый способ. Блок-схема устройства содержит: ОЭП 13, включающий двухчастотных матричный фотоприемник 10, объединяющий фотоприемную матрицу спонтанного излучения 11, фотоприемную матрицу основного излучения 12; блок вычисления 13; установленная на поворотном приводе 14 круглая поглощающая пластина заданной площади 15.

Устройство работает следующим образом. Двухчастотных матричный фотоприемник 10 принимает оптическое излучение двумя фотоприемными матрицами: 11 - регистрации спонтанного излучения ЛЛС, 12 - регистрации оптических излучений по предназначению. При обнаружении и определении параметров спонтанного излучения ЛЛС, блок вычисления 13 вычисляет параметры основного излучения и координаты установки поглощающего экрана 15, а также вырабатывает сигнал на поворотный привод 14. Поворотный привод 14 устанавливает поглощающий экран 15 в нужное положение.

Таким образом, у заявляемого способа появляются свойства, заключающиеся в повышении эффективности скрытия ОЭП от ЛЛС за счет приема спонтанного излучения ЛЛС и уменьшение энергетических потерь полезного сигнала путем поглощения части отраженного сигнала на основе локализации места установки и выбора рациональных размеров поглощающего экрана на входной апертуре ОЭП. Тем самым, предлагаемый авторами, способ устраняет недостатки прототипа.

Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений неизвестен способ скрытия ОЭП от ЛЛС, основанный на приеме оптического излучения ОЭП, измерении параметров принимаемого оптического излучения, различении по их значениям параметров спонтанного излучения передающего канала ЛЛС, предшествующего основному, регистрации момента времени приема спонтанного излучения передающего канала ЛЛС t_C и определении момента времени прихода t_O основного излучения передающего канала ЛЛС, определении по значениям параметров спонтанного излучения угловых координат ЛЛС α и β, установке за время Δt < t_C - t_O на входной апертуре ОЭП экрана в координаты х = f sinα, у = f sinβ и площадью S, при этом , где - радиус экрана, f - фокусное расстояние объектива ОЭП, Δ - расстояние расположения отражающей поверхности с зеркальными свойствами отражения относительно точки фокуса объектива ОЭП, λ_макс - максимальная длина волны пропускания оптического излучения объектива ОЭП, поглощении экраном части излучения ЛЛС отраженного от поверхности ОЭП с зеркальными свойствами отражения.

Предлагаемое техническое решение практически применимо, так как для его реализации могут быть использованы типовые поглощающие оптическое излучение материалы.

Источники информации

1. Пат. 2698513 RU, МПК G01J 1/10. Способ скрытия оптико-электронных приборов от лазерных локационных средств / П.Е. Кулешов, А.Н. Глушков, Н.В. Дробышевский; заявитель и патентообладатель ВУНЦ ВВС «ВВА им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина». - №2017132027; заявл. 12.09.2017; опубл. 28.08.2019, Бюл. №25. - 8 с.

2. Пат. 27003921 RU, МПК G02B 26/04, G03B 11/045. Способ скрытия оптико-электронных приборов от лазерных локационных средств / Ю.Л. Козирацкий, П.Е. Кулешов, А.Н. Глушков, А.В. Алабовский, Н.В. Дробышевский; заявитель и патентообладатель ВУНЦ ВВС «ВВА им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина». - №2018144048; заявл. 12.12.18; опубл. 22.10.19, Бюл. №30. - 10 с.

3. Попело В.Д. Оптико-локационные характеристики объектов различной размерности / В.Д. Попело, И.Р. Фахуртдинов // Метрология, 2012, №7. - С. 9-18.

4. Козирацкий Ю.Л., Гревцев А.И., Донцов А.А., Иванцов А.В., Кулешов П.Е. и др. Обнаружение и координатометрия оптико-электронных средств, оценка параметров их сигналов. / Ю.Л. Козирацкий, А.И. Гревцев, А.А. Донцов, А.В. Иванцов, П.Е. Кулешов 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. 102-104.

Способ скрытия оптико-электронных средств от лазерных локационных систем, основанный на приеме оптического излучения оптико-электронным прибором, измерении параметров принимаемого оптического излучения, различении по их значениям параметров спонтанного излучения передающего канала лазерного локационного средства, предшествующего основному, регистрации момента времени приема спонтанного излучения передающего канала лазерного локационного средства t_C и определении момента времени прихода t_O основного излучения передающего канала лазерного локационного средства, отличающийся тем, что определяют по значениям параметров спонтанного излучения угловые координаты лазерного локационного средства α и β, устанавливают за время Δt < t_C - t_O на входной апертуре оптико-электронного прибора экран в координаты х = f sinα, у = f sinβ и площадью S, при этом , где - радиус экрана, f - фокусное расстояние объектива оптико-электронного прибора, Δ - расстояние расположения отражающей поверхности с зеркальными свойствами отражения относительно точки фокуса объектива оптико-электронного прибора, λ_макс - максимальная длина волны пропускания оптического излучения объектива оптико-электронного прибора, поглощают экраном часть излучения лазерного локационного средства отраженного от поверхности оптико-электронного прибора с зеркальными свойствами отражения.