Средства оптико-электронного противодействия

Материал из Национальной библиотеки им. Н. Э. Баумана
Последнее изменение этой страницы: 23:28, 17 ноября 2016.

Оптико-электронное противодействие – комплекс мер и средств, противодействующих работе и выполнению поставленных задач оптических и оптико-электронных средств противника.


В настоящее время большинство задач обнаружения, наблюдения, наведения и слежения решается при непосредственном использовании оптических и оптико-электронных средств (ОС и ОЭС), роль которых возрастает из года в год. В то же самое время растет роль оптико-электронного противодействия, не позволяющего решать перечисленные задачи с помощью таких средств. Средства оптико-электронного противодействия можно классифицировать согласно схеме, приведенной на рисунке 1.

Рис. 1. Классификация средств оптико-электронного противодействия

Защитные средства – средства, препятствующих обнаружению, наблюдению и наведению оптическими или оптико-электронными средствами противника. К ним можно отнести такие меры как: периодическая постановка ложных целей и помех, маскировка.

Средства подавления (силового противодействия) позволяют выводить оптические или оптико-электронные средства противника из строя. «Интеллектуальное» противодействие подразумевает выдачу на ОС или ОЭС противника ложной информации, позволяющей противодействующей стороне управлять средствами противника. В настоящее время является самым перспективным видом оптико-электронного противодействия. Широкое распространение и использование пассивных ОС и ОЭC для решения задач обнаружения, наблюдения и наведения можно объяснить, казалось бы, высокой скрытностью их работы. Однако первые шаги в развитии оптической локации показали, что даже замаскированные ОЭС быстро и достаточно достоверно обнаруживаются при их подсветке. Так же обнаружить ОЭС можно, заметив случайные световые блики от естественных и искусственных источников излучения: таких как солнце, луна, прожекторы и т.д.- не зондирующих пространство с целью обнаружения оптических приборов. Это обуславливается тем, что при облучении оптико-электронных систем и приборов зондирующим излучением или излучением естественных источников некоторая его часть отражается от поверхностей оптической системы прибора в обратном направлении и легко регистрируется оптическими и оптико-электронными средствами обнаружения противника либо визуально.

Один из принципов оптико-электронного противодействия широко развивающийся в настоящее время представлен на рисунке 2 и заключается он в следующем: одна из сторон пытается обнаружить ОС или ОЭС противника и вывести его из строя. Средствами обнаружения ОС или ОЭС, в свою очередь, также являются ОС или ОЭС, регистрирующие блики. Таким образом обе противоборствующие стороны используют оптические и оптико-электронные средства. Назовем условно этот принцип ОЭС–ОЭС. Перед каждой из сторон стоят задачи: скрыть свои ОС и ОЭС от обнаружения противником и вместе с этим обнаружить и подавить действие ОС и ОЭС противника.

Рис. 2. Принцип оптико-электронного противодействия

С целью изучения отражательных свойств ОС и ОЭС и подтверждения их сильного бликования были проведены теоретико-экспериментальные исследования некоторых типовых систем. Одной из таких систем стала оптическая система АФА, включающей объектив «УРАН» и фотопленку с коэффициентом отражения 0.08. Оптическая схема объектива приведена на рисунке 3.

Рис. 3. Оптическая схема объектива «УРАН»

Расчет проводился для длины волны зондирующего излучения 1.06 мкм. Интегральная индикатриса ПСВ представлена на рисунке 4.

Рис. 4. Интегральная индикатриса ПСВ

Как видно из рисунка область существования ПСВ ограничивается 9,5о, при чем максимальное значение ПСВ оптической системы достигается при угле пеленга 6o и составляет 10,7 м2/ср. Более детальное изучение отражательных характеристик оптической системы показывает, что наибольший вклад в формирование интегральной индикатрисы ПСВ вносит излучение отраженное от поверхности пленки (при расчета учитывались только отражения первого порядка). Пленка располагается в задней фокальной плоскости объектива, рассчитанного на длину волны 0.55 мкм. Вклад остальных поверхностей незначителен и составляет тысячные доли от вклада пленки.

Таким образом, область, в которой носитель АФА может быть обнаружен наземной станцией зондирования, представляет собой конус с углом 2 х 9,50(см. рисунок 9). Если наземная станция производит зондирование (сканирование) воздушного пространства, то как только носитель пленочного АФА с объективом «УРАН» при горизонтальном полете попадет в область ограниченную конусом - значение ПСВ будет соответствовать графику, представленному на рисунке 5, следовательно, данный носитель и наличие на его борту разведывательной аппаратуры может быть обнаружено.

Рис. 5.

Другим образом ситуация обнаружения АФА на носители представлена на рисунке 6. Здесь, носитель АФА может быть обнаружен неземной станцией зондирования расположенной на поверхности земли в области ограниченной конусом. В этом случае, если зондируемое излучение попадает в объектив АФА, то часть отраженного от фотопленки излучения ввернется в точку, из которой происходит зондирование.

Рис. 6. Обнаружение АФА на носителе

Как показывают расчеты, при полете носителя АФА на высоте 5000 м, радиус области, в которой можно расположить приемно-излучающие станции, для обнаружения АФА по переотраженному излучению составляет более 800м. За пределами этой области уровень отраженного излучения будем в 1000 раз меньше, чем внутри.

Так же, при изучении проблемы обнаружения оптических систем по отраженному излучению при активной подсветке, актуальным становиться вопрос о том, на сколько можно разнести излучающую и приемную систему, чтобы наилучшим образом принимать отраженное излучение. Для ответа на этот вопрос необходимо определить характер отраженного излучения, а точнее индикатрису отраженного излучения при том или ином характере индикатрисы зондирующего излучения.

Если зондирующее излучение представляет собой параллельный пучок, а угол пленка составляет 0o (рис. 7), то индикатриса отраженного излучения будет представлять кривую, изображенную на рисунке 8.

Как показали результаты расчета отраженное излучение при нулевом угле пеленга сосредоточено в конусе с линейным углом 2w=21’. :При этом максимальное значение ПСС (ПСВ) достигается при угле наблюдения 3.5’ и составляет 7.3м2/ср. Поэтому для данного АФА при заданной световой обстановке наземные приемные и излучающие станции могут располагаться не соосно, а быть разнесенными в пространстве, как показано на рисунке 7.

Рис. 7.
Рис. 8. Индикатриса отраженного излучения при угле подсвета 0o

Для случая вертикального полета носителя с АФА на высоте 5000м область устойчивого приема отраженного излучения при нулевом угле пеленга на поверхности земли представляет собой окружность радиуса 15м, следовательно все приемники излучения расположенные внутри этой области могут принимать отраженное от АФА излучение. Вне этой области уровень отраженного излучения будет на три порядка ниже.

Аналогичная характеристика была получена при облучении оптической системы под углом 5o. Эту характеристику демонстрируют рисунок 9 и рисунок 10.

Рис. 9. Индикатриса отраженного излучения при угле подсвета 5o
Рис. 10.

В этом случае раскрыв индикатрисы отраженного излучения составляет 2w=12`, а максимальное значение ПСС составляет 9,6 м2/ср., при нулевом угле наблюдения. Второй системой, для которой проводился расчет и анализ отражательных характеристик, является АФА с объективом «Зенит». Оптическая схема этой системы представлена на рисунке 11.

Рис. 11. Оптическая схема АФА с объективом «Зенит»

Принципиальное отличие этой системы от предыдущей – это наличие сканирующего призменного блока, что очень существенно влияет на отражательные характеристики. Для длины волны зондирующего сигнала 1.06 мкм. интегральная индикатриса ПСВ представлена на рисунке 12 (призменный блок при этом не повернут). Как видно из рисунка область существования ПСВ объектива «Зенит» ограничивается 8,00, при чем максимальное значение ПСВ оптической системы достигается при угле пеленга 00 и составляет 31 м2/ср.

При этом индикатриса отраженного излучения при угле подсвета 0о представляет собой кривую изображенную на рисунке 13.

Максимальный ПСС индикатриса имеет при угле 00, который составляет 31м2/ср., при этом все отраженное излучение распространяется в линейном угле 2w=13’ Однако необходимо заметить, что при определенных углах подсвета призменный блок АФА выступает как световозвращатель, так как содержит призмы. Поэтому значение ПСВ и ширины индикатрисы излучения во всем диапазоне улов облучения при не повернутом призменном блоке представлены в таблице 1.

Рис. 12. Индикатриса отраженного излучения при угле подсвета 0o
Рис. 13.
Угол облучения, град
0 1 2 3 4 5 6 7 8-44 45 46-90
ПСВ, кв.м/ср 31 22 11 5.4 3.2 3 14.5 1.7 0 50000 0
Раскрыв индикатрисы 14' 12' 8' 7' 6' 5.7' 9.1' 5.8' 0.1'

Для случая поворота призменного блока АФА на угол ф=100 против часовой стрелки значения ПСВ АФА представлены в таблице 2.

Угол облучения, град
0-3 4 6 8 10 12 14 16 18-34 35 36-90
ПСВ, кв.м/ср 0 11 1.3 7 23 7 1.2 10.8 0 50000 0

При повороте призменного блока АФА на угол ф= 200 против часовой стрелки значения ПСВ АФА представлены в таблице 3.

Угол облучения, град
0-13 14 16 18 20 22 24 25 28-34 25 26-90
ПСВ, кв.м/ср 0 1.6 0.8 1.3 5 0 0 0 0 50000 0

Таким образом, при вращении призменного блока АФА периодически, в зависимости от скорости вращения призм, будут меняться отражательные характеристики и максимальные значения ПСВ и ПСС будут достигать значения 5∙104 м2 /ср. Такое скачкообразное изменение величины отраженного излучения объясняется тем, что при определенных углах поворота призменного блока, призма действует как идеальный световозвращатель и все излучение попавшее на призму за счет полного внутреннего отражения, возвращается в направление подсвета.

Как показали проведенные исследования для двух оптических систем АФА, отражательные характеристики являются строго индивидуальными для конкретной оптической системы, а точнее зависят от ее конструктивных параметров. Каждая система требует индивидуального подхода при определении ее бликующих свойств и учета всех оптических элементов конструкции начиная с защитного стекла и заканчивая приемником оптического излучения.

Следующими не мало важными аспектами в вопросе обнаружения и постановки помех АФА, оказывающим колоссальное влияние на величину и характер бликования являются как рабочий спектральный диапазон самой оптической системы, так и длина волны зондирующего излучения. Как показали предварительные теоретические исследования длина волны зондирующего излучения существенно влияют на отражательные характеристики ОС и ОЭС АФА.

Этот факт прекрасно просматривается на примере АФА с объективом «Уран».

Объектив «Уран» рассчитан на длину волны 0.5мкм и фотографическая пленка расположена в фокальной плоскости рассчитанной именно для этой длины волны. При зондировании излучением на длине волны 0.5мкм, на которую рассчитан объектив «УРАН», интегральная индикатриса ПСВ имеет вид представленный на рисунке 14.

Рис. 14. Интегральная индикатриса ПСВ

Огромная разница в значениях ПСВ по сравнению с предыдущим расчетом, объясняется тем, что на длине волны 1.06 возникает дефокусировка положения пленки, которая составляет около 0.7 мм, во втором случае пленка находится точно в задней фокальной плоскости объектива.

На рисунке 15 представлена индикатриса отраженного излучения при угле подсвета

Рис. 15. Индикатриса отраженного излучения при угле подсвета

Как и следовало ожидать, раскрыв индикатрисы значительно уменьшился из-за отсутствия дефокусировки, но абсолютное значение ПСВ и ПСС увеличилось в сотни раз (таблица 4 и таблица 5).

Угол пеленга, град
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
ПСВ, кв.м/ср для 1.06 мкм 4.7 4.8 5.4 6.2 7.8 9.5 10.7 9.5 6.7 3.8 0.01
ПСВ, кв.м/ср для 0.5 мкм 3200 2750 1000 250 150 100 90 50 10 2 0.01
Угол наблюдения, углов мин.
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 10.5 11 12
ПСC, кв.м/ср для 1.06 мкм 4.7 4.8 5 6.1 6.3 6.8 7 7.3 1 0.02 0.01
ПСC, кв.м/ср для 0.5 мкм 3200 250 260 0.02 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01

Экспериментальные исследования проведенные с выше описанными оптическими системами наглядно подтверждают возможность обнаружения ОС и ОЭС по отраженному излучению. В ходе эксперимента ОС были подсвечены лазером под разными углами с оптической осью, а отраженное излучение регистрировалось фотографическим способом. На рисунке 16 приведены фотографии, характеризующие результаты эксперимента.

Рис. 16. Фотографии, характеризующие результаты эксперимента

Итогом приведенных выше результатов исследования бликования АФА могут быть следующие выводы:

  • оптические и оптико-электронные системы АФА обладают значительным уровнем бликования, что позволяет легко их обнаруживать при зондировании пространства излучением различного спектрального состава и делает возможным постановку направленных помех.
  • уровень бликования и характер пространственного распределения отраженного излучения зависит от конструктивных параметров оптической или оптико-электронной системы и строго индивидуален для каждой системы, поэтому при рассмотрении вопросов бликования и защиты от бликования, необходимо каждую систему рассматривать в отдельности.
  • при разработке и проектировании АФА, средств снижения бликования АФА, систем обнаружения АФА необходимо учитывать спектральные характеристики бликования, т.е. оптическая система при подсвете излучением различных длин волн обладает различными отражательными характеристиками.
  • для скрытной и помехозащищенной работы АФА требуют применения специальных методов для снижения бликования и обеспечения помехозащищенности.

Исходя из всего выше изложенного становится очевидным, что в настоящее время возникла задача создания среды проектирования ОС и ОЭС защищенных от средств оптико-электронной борьбы. Как объект проектирования, ОЭС в общем случае рассматривается в виде взаимосвязанной совокупности оптических, электронных и механических компонент, преобразующей сигнал, физический носитель которого меняется в процессе преобразования. На рис. 17 представлена функциональная схема обобщенного ОЭС, как объекта проектирования.

Рис. 17. Функциональная схема обобщенного ОЭС

В состав среды проектирования должны входить методическое, программное, математическое, информационное, лингвистическое обеспечения.

Методическая часть среды проектирования разделяется на два типа подзадач: проектирование новых систем и модернизация или доработка уже существующих систем. На первым этапе проектирования происходить анализ бликующих свойств ОС или ОЭС: рассчитываются отражательные характеристики системы и определяются наиболее «проблемные» элементы системы, т.е. те элементы или поверхности, которые вносят наибольший вклад в бликование.

На втором этапе для «проблемных» поверхностей в зависимости от их типа и расположения (фокальная, нефокальная, преломляющая, поверхность приемника излучения и т.д.) выбираются средства снижения бликования. Для фокальных поверхностей это могут быть: введение дефокусировки, видоизменении самой фокальной поверхности, и т.п.; для нефокальных сферических поверхностей – установка угловых фильтров типа бленд, нанесение покрытий, установки непрозрачных масок и т.д. В случае приемника излучения можно изменить сам тип приемника – переход от пленочного к цифровому, нанесение невзаимного элемента.

После выбора средств борьбы с бликованием производится оптимизация конструктивных параметров тех элементов, которые были введены в оптическую схему либо претерпели изменения. Критериями оптимизации являются как параметры качества изображения, так и остаточный уровень бликования.

Следующим этапом проектирования является проверка, получившейся системы. Этот этап близок к первому, так как здесь проводится расчет и анализ отражательных характеристик ОС или ОЭС, но здесь добавляется расчет и анализ параметров качества изображения.

Помимо общей методике проектирования к методическому обеспечению можно отнести методы снижения бликования:

  • применение бленд
  • использование брахитов
  • специальные покрытия
  • использование невзаимного элемента для фотокатодов ПНВ
  • видоизменение фокальных поверхностей
  • внесение дефокусировок
  • применение специальных масок
  • использование поляризационных масок.
  • установка фильтров.
  • фильтрация сигнала в электронном тракте