книги / Методы борьбы с помехами в оптико-электронных приборах

располагаться за пределами изопланатической зоны уг­ лового поля, т. е. угловой зоны, в которой возможна ука­ занная коррекция. Оба фактора могут быть в принципе скомпенсированы путем использования нескольких мно­ гоканальных КВФ, размещаемых в таких плоскостях внутри приемной компенсационной системы, где изобра­ жаются отдельные участки ОНС.

При перемещении излучателя в угловом поле систе­ мы происходит общий наклон волнового фронта. Это вызывает сдвиг фаз электрических сигналов во всех ка­

случаях, когда пучок лучей, идущих от источника, пере­ мещается по входному зрачку как целое, а не раз­ дроблен на множество частей.

В системе, описанной в [128], в качестве излучателя использовался Не— Ne-лазер, удаленный на 300 м от приемной системы. Корректором являлось монолитное гибкое зеркало диаметром 5 см с управляющими его профилем электродами. Конструкция зеркала представ­ лена на рис. 7.13; Экспериментальные исследования адаптивной системы подтвердили ее эффективность. Уг­ ловое разрешение точечного источника, как и макси­ мальная освещенность в его изображении, при ее ис­ пользовании повышается в несколько раз. Если система без коррекции фазовых искажений способна различать

161

звезды до 6-й величины, то при коррекции возможно различение звезд 14-й величины.

В случае слабых флуктуаций коррекция общего и местных наклонов волнового фронта обеспечивает ха­ рактеристики системы, близкие к дифракционным.

Одной из основных трудностей, возникающих при практической реализации описанного метода, является малый размер изопланатической зоны углового поля (обычно несколько угловых секунд). Реальным путем увеличения диапазона углов, в которых возможна кор­ рекция, является использование многоканальных КВФ,

жением и коррекцией наклона волнового фронта ампли­ туда входного сигнала (плотность потока фотонов), не­ обходимая для обеспечения заданной ошибки измере­ ния волнового фронта, не зависит от числа п отдельных элементарных приемников (субапертур, корректоров наклона волнового фронта) при постоянных их разме­ рах. В этих системах с увеличением п растет сложность измерителей фазы. В то же время необходимая ампли­ туда входного сигнала в системах с разделением кана­ лов и системах для ^компенсации размытия изображений при постоянной площади элементарного приемного эле­ мента пропорциональна п2. В таких системах применяет­ ся один приемник, что упрощает конструкцию, однако при большом числе приемных элементов управляющие устройства должны быть более высокочастотными, что усложняет систему. Поэтому в них общее число элемен­

ройства '[127].

7.7. ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРЫ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ

В ряде случаев требуется изменение не одного или нескольких параметров ОЭП, а перестройка всей струк­ туры прибора в процессе его работы. Такая ситуация может возникнуть, например, если в угловом поле ОЭП возникает помеха, излучение которой в рабочем спек­ тральном диапазоне близко по своим параметрам к изг лучению наблюдаемого объекта (по яркости, силе из­ лучения и т. п.). При отсутствии перестройки структуры

162

ОЭП может заметно исказиться полезный сигнал, а ино­ гда (например, при автосопровождении излучающего объекта) прибор или следящая система вообще пере­ стает правильно функционировать. Поэтому зарубеж­ ные авторы предлагают на время присутствия в поле зре­ ния ОЭП помехи изменять структуру прибора [см. 56, 71]. Определение момента появления помехи, при кото­ ром должен выдаваться сигнал о необходимости изме­ нения структуры прибора, осуществляется специальным устройством, в качестве которого может быть использо­ ван дополнительный оптико-электронный канал, рабо­ тающий в отличной от основного канала области спек­ тра [56].

Рис. 7.14. Схема ОЭП с блокировкой основного канала

Индикатор помехи (рис. 7.14) состоит из оптическо­ го канала (2), спектральный рабочий диапазон которо­ го смещен в коротковолновую область по сравнению с рабочим диапазоном основного канала (/), и порогового устройства (3). Через схему несовпадений (4) этот ин­

канал и переключает в рабочий режим блок памяти и прогнозирования (5) по запомненному выходному сиг­ налу от истинного объекта вплоть до выхода ложного из углового поля ОЭП, после чего схема несовпадений через коммутатор 7 снова подключает к системе управ­ ления (5) основной канал.

ОЭП с перестраиваемой структурой могут быть различные комбинированные угломерные и следя­ щие системы, содержащие несколько (два и более) ка­ налов, работающих в различных диапазонах электро­ магнитного излучения и различных режимах (пассив­ ном, полуактивном, активном). За рубежом считают, что применение комбинированных приборов может при­ вести к исключению их недостатков и к получению но­

го устройства), выполняющего выбор и включение при­ бора, который обеспечивает наиболее оптимальное ре­ шение задачи в конкретных условиях. Очевидно, что чем больше оптических приборов используется в уст­ ройстве, тем сложнее алгоритм вычислительного уст­ ройства '[26].

При проектировании комбинированных ОЭП важно обеспечить максимальное использование общих звеньев. В самом простейшем случае отдельные приборы могут объединяться только блоком логики, в более сложных — достигается максимальное использование общих функ­ циональных узлов, таких, как приемные оптические си­ стемы, узлы сканирования, приводы, системы стабили­ зации и др.

За рубежом для систем обнаружения и автосопро­ вождения разрабатываются лазерно-телевизионные [102, 119], тепловизионно-лазерные [103], лазерно-радиоло­ кационные [132], телетепловизионные [101], теплора­ диолокационные [112, 113], радиолокационно-телевизи­ онные [111] и другие системы.

Так, обзорно-следящая дальномерная система поис­ ка и сопровождения объекта [66] включает в себя оп­ тический прицел, радиолокатор, поисково-следящий теплопеленгатор, лазерный дальномер и вычислительное устройство. Она предназначена для управления оружи­ ем в авиационных комплексах и, по данным авторов [66], превосходит радиолокационные устройства подоб­ ного назначения по точности и помехозащищенности. Первоначальное введение углового поля прибора в зо­ ну объекта производится либо вручную с помощью оп­ тического прицела, либо автоматически с помощью радиолокатора. Излучение объекта (собсгвенное и от­ раженное) принимается и поступает на поисково-следя­

164

щий теплопеленгатор, в состав которого входит сканируй ющее зеркало и мозаичный приемник излучения. Внача­ ле производится сканирование в пределах достаточна большого угла, определяемого точностью предваритель­ ного наведения оси визирования прибора (ручного или автоматического). После приведения изображения объ­ екта в центральную зону производится переключение в режим сканирования в малом угле, где осуществляет­ ся более точное определение угловых координат объек­ та и его сопровождение. Данные о координатах объекта и его дальности поступают в вычислительное устройст­ во, которое и формирует управляющие сигналы.

В ряде зарубежных ОЭП с перестраиваемой струк­ турой существенную роль играет оператор, выполняю­ щий, как правило, две важные функции: принятие реше­ ния о выборе типа ОЭП в системе, о включении этога

привода. В общем случае человек-оператор представ­ ляет собой нелинейную систему. Однако при низкочас­ тотных входных сигналах реакция человека может быть линейной. В работе [147] приведены результаты иссле­ дования зрительной реакции оператора при управлении: летательным аппаратом. Время переноса оператором точки направления взгляда с прибора на прибор, соста­ вило 0,Об...0,09 с по вертикали и 0,05...0,08 с по гори­ зонтали. Среднее время фиксации точки направления взгляда, например, на высотомере составило 0,42 с, на индикаторе скорости 0,64 с. Направления сканирования зрения по приборам имеют определенный «рисунок»,, ветви которого равновероятны по угловому расположе­ нию.

Зарубежные специалисты полагают, что имеется воз­ можность заменить человека-оператора ЭВМ для при­ нятия решений. Однако для повышения быстродействия ЭВМ должна быть специализированной. Человек же при наличии достаточного времени обладает большими возможностями в принятии решений в сложных ситуа­ циях, когда имеется значительное количество исходных данных и возможных вариантов решений. Оператор мо­ жет не видеть непосредственно объект, но по косвенной информации он может принять решение о том, что на­ ходится в угловом поле прибора — истинный или лож­ ный объект.

165

В работе [115], например, предложен метод высоко­ точного наведения ракеты, основанный на использова­ нии двусторонней линии связи между носителем и раке­

цели и формирует команды на управление ракетой, пе­ редаваемые по линии связи до момента сближения раке­ ты с объектом. В системе рассматривается применение инфракрасной станции переднего обзора или замкнутой тепловизионной системы.

За рубежом считают, что применение телевизионных и тепловизионных ОЭП [78, 100, 108, 121, 125, 142], обес­ печивающих формирование изображения анализируемо­ го пространства, расширяет возможности оператора и ОЭП в целом. При рассмотрении изображе­ ния анализируемого пространства оператор по ряду при­ знаков, характерных только для данной конкретной си­ туации, может опознать объект и из всего многообра­ зия признаков выделить один-два, однозначно (с высо­ кой степенью вероятности) характеризующих объект, а также выбрать один ОЭП и заложить признаки в па­ мять автоматической системы слежения прибора, осно­ ванной на корреляционном или ином методе сопровож­ дения объекта. В ряде оптико-электронных прицельных систем это достигается, например, наложением прицель­ ной марки на объект и вводом в память анализируемо­ го изображения.

Сейчас за рубежом тепловизионные системы получи­ ли наиболее широкое развитие в инфракрасных стан­ циях переднего обзора [34]. Имеются в основном три типа инфракрасных станций переднего обзора, разли­ чающихся способом обработки сигналов с приемников излучения.

Метод параллельной обработки изображения осно­ ван на использовании для формирования изображения линейной матрицы из нескольких сотен приемников из­ лучения и сканирования изображения или самой мат­ рицы. Выходной аналоговый сигнал с каждого прием­ ника излучения после усиления преобразуется в форму, пригодную для получения телевизионного изображения. При этом поле зрения по вертикали перекрывается мо­ заикой приемников излучения, расположенных на одной вертикальной линии, а по горизонтали перекрывается за счет перемещения сканирующего зеркала, в резуль­

166

тате которого каждый приемник излучения дает одну телевизионную строку.

Для преобразования сигнала с многоэлементного приемника излучения к виду, удобному для формирова­ ния телевизионного изображения, используются комму­ таторы, обеспечивающие опрос элементов мозаики с тре­

Для согласования выходов приемников излучения с индикаторной телевизионной трубкой может использо­ ваться система из матрицы светодиодов, мишени видикона и индикаторной трубки [НО]. Сигналы с усилите­ лей подаются на светоизлучающие диоды, воспроизво­ дящие телевизионное изображение на мишени видикона.

Другой метод параллельной обработки основан на использовании кругового или квазиспирального скани­ рования [34]. Предпосылкой метода служит то, что опера­ тор не может использовать в полном объеме всю визу­ альную информацию инфракрасного визира с высо­ ким разрешением по всему угловому полю. На инди­ каторе высокое разрешение обеспечивается только* в его центральной части, где оператор чаще всего обна­ руживает объект, а периферийная часть индикато­ ра служит лишь для ориентирования. Все это позволяет упростить конструкцию визира. Элементы приемника из­ лучения расположены радиально и обеспечивают более высокое разрешение вблизи центра углового поля, где элементы приемника меньше по размерам, имеют более высокую чувствительность и подвергаются более дли­ тельному воздействию излучения благодаря выбранно­ му закону сканирования (например, квазиспиральному).

Последовательный метод обработки изображения ос­ нован на использовании одного приемника излучения со

167

сканированием по двум координатам [34]. Метод позво­ ляет получать качественное телевизионное изображе­ ние, но требует очень быстрого сканирования и приме­ нения малоинерционных приемников излучения типа

В отличие от первых двух методов, использующих механическое сканирование изображения, в третьем ис­ пользуется электронное сканирование изображения [69, 78]. Он реализован на устройствах типа ПЗС. Такое устройство иногда содержит две полупроводнико­ вые решетки, одна из которых формирует сигналы изо­ бражения, а вторая хранит эти сигналы. Формирующая решетка состоит из множества чередующихся рядов ак­ тивных и неактивных приемных площадок с зарядовой связью на подложке, чувствительной к инфракрасному излучению. Каждая площадка, снабженная системой электродов, связывающих ее со сдвиговым регистром, формирует или хранит один элемент изображения. Не­ активные ряды площадок закрыты полосами из мате­ риала, не пропускающего ИК излучение. Ряды площа­ док, соответствующие активным и неактивным рядам формирующей решетки, при считывании подключаются к детектору, на выходе которого вырабатываются сигна­ лы, свободные от фоновой составляющей.

По мнению зарубежных специалистов для обеспече­ ния помехозащищенности тепловизионных систем необ­ ходимо учитывать физиологические особенности зритель­ ного восприятия, а также, по данным [34], полосу пропу­ скания, влияние временного пространственного суммиро­ вания, вероятностный характер обнаружения и опознава­ ния объекта, возможные режимы работы глаза, при кото­ рых обнаружение лимитируется или контрастом, или шумами, чувствительность к параметрам покадрового чересстрочного разложения изображения. При учете этих требований можно построить систему, весьма близ­ кую к оптимальной.

7.8. АВТОМАТИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ

ОТ МОЩНЫХ РАВНОМЕРНЫХ ФОНОВЫХ ИЗЛУЧЕНИИ

Защита ОЭП от постоянно действующих равномер­ ных фоновых излучений обеспечивается, как правило,

168

выбором рационального рабочего спектрального диапа­ зона или диапазонов. Это, например, зарубежная оптико­ электронная система дистанционного наведения ракеты на цель [35, 58] (рис. 7.15). В этой системе в управле­ нии полетом ракеты при ее наведении на цель участву­ ет оператор (1), который через визирное устройство (2) (электронно-оптический преобразователь) наводит на цель (4) ось оптико-электронного координатора (5) си­ стемы наведения ракеты (5). Визирное устройство и координатор жестко связаны. В процессе наведения ра­ кеты на цель координатор принимает излучение трассе­ ра или факела, формирует в электронном блоке (6) сиг­ нал рассогласования и через линию связи (7) передает на ракету сигналы управления ее полетом. При наве-

Рис. 7.15. Оптико-электронная система наведения ракеты

дении ракеты ночью район цели и ракету специально освещают, например, прожектором (#), однако отражен­ ное от ракеты излучение попадает в визирное устрой­ ство, что может привести к ослеплению оператора. В конкретном случае, рассмотренном в [58], предлага­ ется визирное устройство сделать чувствительным в диапазоне излучения 0,6...1,2 мкм, координатор — чув­ ствительным в диапазоне 1,8...2,6 мкм, а освещение рай­ она цели и ракеты обеспечить излучением в диапазоне 0,6...2,6 мкм.

Чтобы отраженное излучение от ракеты не было при­ нято визирным устройством и не ослепило оператора,

169

на ракете предлагается установить отражающе-погло- щающее устройство, которое отражает излучение в диа­ пазоне 1,5...2,6 мкм и поглощает излучение в диапазоне 0,6... 1,5 мкм. Отражающе-поглощающее устройство мо­ жет состоять из одной или нескольких металлических (например, алюминиевых) пластин, стеклянных призм из фтора или германия, зеркально-линзовых элементов.. С этой же целью можно производить подсвет района це­ ли и ракеты источниками, создающими излучение в раз­ личных диапазонах спектра, например 0,6...1,5 мкм и 1,5...2,6 мкм.

Возможно множество случаев, когда равномерное мощное фоновое излучение действует кратковременно,, например при попадании прямых солнечных лучей, ла­ зерного излучения или вспышек орудий в момент вы­

Индикатором мощной фоновой засветки может служить пороговое устройство, установленное на выходе основ­ ного оптико-электронного канала ОЭП, либо специаль­ ный оптико-электронный канал, содержащий, как, на­ пример, предлагается в [55], несколько приемников из­ лучения, соединенных через конденсаторы и полевые транзисторы с усилителем, имеющим нелинейную харак­ теристику и широкий динамический диапазон. Каждый приемник излучения работает независимо, и относитель­ но высокая освещенность одного из них не влияет не­ чувствительность других.

Затворное устройство может быть установлено как на входе ОЭП, например в виде управляемой диафраг­ мы (рис. 7.16), так и на выходе, например в виде ком­ мутатора (рис. 7.17).

В ОЭП, работающих при низких уровнях освещен­

мощные фоновые излучения вызывают разрушение ми­ шени телевизионной трубки и люминесцентного экрана усилителя. За рубежом предлагают в таких при­ борах перед входом электронно-оптического усилителя устанавливать затворное устройство, схема управления которым содержит специальный приемник излучения, детектор скорости изменения освещенности, пороговоеустройство и реле времени, например с рременем вы-

170