книги / Методы борьбы с помехами в оптико-электронных приборах

На практике значения гф в угловой мере не превышают 1...20. Прю

<ог > 2т1/гф

Щ » , ) * . 2 * ^ 0 » <•,-».

При проектировании многих ОЭП, в которых не используются или подавляются низкие пространственные частоты щ, можно поль­ зоваться последним выражением. Соответствующая ему корреля­ ционная функция

RL (Дг) = о2 ехр ( -Дг/Гф),

где Дг — интервал корреляции.

Другая модель изотропного фона может быть описана спек­ тром [33]

\^(шг) = 2тсг|о2 (1 +0)2 Г р * 1 ,

который для высоких частот <ог видоизменяется как

Для фоновых образований с достаточно плавным изменением яркости (например, однородных облачностей) можно использовать корреляционную функцию и спектр мощности следующего вида:

RL(Дг) = о£ ехр (—Дг2/г|),

W(«>,)= о* ехр (— «*г*/4).

В [33] описана «эвристическая» модель случайного фона, при которой распределение яркости по плоскости х, у имеет вид шах­ матной доски со случайными размерами сторон отдельных ячеек и двумя возможными значениями амплитуд: либо Lu либо L2. Со­ ответствующий этому случаю спектр мощности имеет вид

по произвольному направлению (оси г) имеет вид /(z)=4zexp(—2z), то спектр фона по соответствующей этой оси пространственной час­ тоте имеет вид

Щшг) = 8(ш2 + 8)/(а>4 + 64).

Последняя модель применяется при малой вероятности очень ко­ ротких и очень длинных (по оси z) неоднородностей.

Вкратце остановимся на описании временных моделей источни­ ков помех. Как правило, их временные (и временно-частотные) ха­ рактеристики, например, приведенные в § 2.2, принимаются стацио­ нарными. в пределах сравнительно небольших промежутков времени, в течение которых работает ОЭП. Во многом временной спектр из­ лучения помех зависит от условий, в которых работает прибор, от его рабочей полосы частот, вида модуляции и т. д.

Временные флуктуации этих характеристик могут быть вызва­ ны такими факторами, как изменение положения Солнца на небе, изменение облачности и г. д. Все эти процессы носят, как прави­ ло, низкочастотный характер, и наиболее распространенным мето­

51

дом борьбы с их искажающим влиянием является использование мо­ дуляции полезного сигнала.

Следует несколько подробнее остановиться на искажениях сиг­ налов, проходящих через земную атмосферу. Флуктуации показате­ ля преломления атмосферы вызывают мерцание и дрожание не только полезного сигнала, но и помех. В случае однородной турбу­ лентной атмосферы частотный спектр дрожания описывается выра­ жением [22]

лярная направлению распространения светового пучка; D — диаметр входного зрачка объектива приемной оптической системы ОЭП.

Численные значения дисперсии дрожания о ‘ р (дисперсии флук­

туаций угла прихода) для различных D меняются в широких пре­ делах в зависимости от метеорологических условий на трассе рас­ пространения сигнала. Эту величину с учетом изменения турбулент­ ности с высотой z можно определить по формуле [22]

стояние атмосферной турбулентности (для приземных условий днем для слабой турбулентности С „= 8 -10 -9 м~'/>. для средней

4 ’ 10—8 м—‘/а и для сильной 5-10~7 м-'/'з).

Спектр дрожания носит явно выраженный низкочастотный ха­ рактер с максимумом на частоте f~0,22vx JD.

Мерцание также имеет низкочастотный характер. Дисперсия флуктуаций логарифма интенсивности излучения в приземном слое турбулентной атмосферы определяется как [22]

где I — длина трассы распространения потока; К— длина волны из­ лучения; х — текущая координата вдоль трассы.

В однородной атмосфере

О2 - 1,23 С2 (2ic/M7/e/ ,1/в .

Последние формулы верны при I, меньших /2Д, где /0 — размер не­

однородностей среды, вызывающих турбулентность. Максимум спектра мерцания лежит на частоте /=0,32»

При распространении сигнала через толщу атмосферы под уг­ лом 0 к зениту

(2гЛ7/в ~

о2 - 2,241у j (sec 6)п/6 j С* {z)zbMz.

52

Г л а в а 3

ОРГАНИЗОВАННЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ ПОМЕХИ

3.1. ОРГАНИЗАЦИЯ ОПТИЧЕСКОГО ПРОТИВОДЕЙСТВИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ

ОРГАНИЗОВАННЫХ ОПТИЧЕСКИХ ПОМЕХ

Под организованным оптическим противодействием понимают комплекс специально проводимых мероприя­ тий для искажения или ослабления сигнала от цели, по­ ступающего на вход ОЭП (изменение спектра излучения объекта, пропускания среды и т. п . ), а также для соз­ дания излучающих помех.

По времени существования средства противодейст­ вия могут быть разделены на два вида. Постоянно дей­ ствующие средства присутствуют в течение всего вре-. мени функционирования защищаемого ими объекта. К ним относятся средства, позволяющие изменять из­ лучательную способность защищаемого объекта (спектр и диаграмму излучения, а также в некоторых случаях средства изменения пропускания среды (атмосферы). Кроме них, имеются средства с ограниченным временем действия, определяемым в основном временем работы ОЭП или какой-либо его части. К ним относятся всяко­ го рода ложные источники непрерывного и модулиро­ ванного излучения, а в некоторых случаях и помехи, связанные с изменением пропускания среды.

При организации оптического противодействия с по­ мощью средств второго вида возникает необходимость иметь на защищаемом объекте специальную (разведы­ вательную) аппаратуру, способную фиксировать факт обнаружения (пеленгации или автосопровождения) объекта противником. При этом желательно знать или определять достаточно оперативно параметры ОЭП про­ тивника, чтобы найти оптимальные или квазиоптимальные средства защиты объекта (средства противодей­ ствия). Обобщенная структурная схема организации та­ ких помех, составленная на основе анализа различных ехем [72, 74, 114, 116, 117, 118], представлена на рис. 3.1.

Для организации противодействия ОЭП противника ( 1) на защищаемом объекте устанавливается аппарату­ ра оповещения (2) о факте обнаружения объекта про­ тивником, аппаратура контроля и организации проти­

53

водействия (3), обеспечивающая анализ вида оружия противника, его параметры и выбор наиболее оптималь­ ных средств противодействия из имеющихся в наличии на объекте, и, наконец, аппаратура постановки средств

3) разработка организованных оптических помех, в том числе искусственных источников излучения.

Известно, что обнаружительная способность ОЭП зависит не только от конструктивных параметров, но и от излучательной способности источника (объекта) и пропускания среды. Снижение излученил достигается смещением максимума излучения, как правило, в сто­ рону больших длин волн — в полосы поглощения атмо­ сферы (снижение эффективной температуры излучения). Учитывая априорно известный оптический диапазон ра­ боты ОЭП, снижением температуры излучения объекта можно частично или полностью «вывести» энергию его излучения из зоны наибольшей чувствительности ОЭП.

По мнению некоторых зарубежных специалистов, маскировка оптического излучения объекта не явля­ ется организованной оптической помехой и относится к средствам оптического противодействия. Однако в ко­ нечном счете ее действие равнозначно действию орга­ низованной оптической помехи, так как маскировка при­ водит либо к частичному, либо к полному исключению возможности получения полезного сигнала от объекта на выходе ОЭП, и тем самым нарушается нормальная работа ОЭП.

54

и 3,5...4,1 мкм при допущении, что излучательная спо­ собность нагретых частей самолета составляет 0,7 от излучательной способности черного тела с той же тем­ пературой. Диаметр нагретых частей двигателя принят авторами равным 560 мм, что примерно соответству­ ет размеру среза сопла реактивного двигателя самолета.

Таблица 3.1

с неохлаждаемым сернисто-свинцовым фоторезистором, чувствительным в диапазоне 2...2,6 мкм, и простой опти­ ческой системой, имеющей диаметр входного зрачка в несколько сантиметров, в зависимости от силы излуче­ ния.

Таблица 3.2

волн 2...2,6 мкм необходимо снизить температуру защи­ щаемого объекта до 473 К и ниже, а в диапазоне~3,5...

...4,1 мкм — до 373К и ниже. С этой целью создаются специальные кожуха или кольцевые патрубки слоистой структуры металл— теплоизолятор (металл— асбест—

55

металл) для экранирования горячих выхлопных струй самолетов и вертолетов [109, 116].

Для уменьшения излучательной способности лета­ тельных аппаратов для них разрабатываются специаль­ ные покрытия и цветовые комбинации [68, 104, 116, 144, 145]. Использование ленты со специальным покрытием для экранировки капота двигателя вертолета позволяет

может применяться изменение пропускания атмосферы созданием дымовых и аэрозольных завес [8, 15, 23, 104, 116] . В [116] обсуждается проблема создания однона­ правленных в оптическом отношении аэрозольных обра­

разование аэрозольных завес представляет существен­ ные сложности из-за больших скоростей объекта, по­ этому ,эта идея . оказывается потенциально пригодной лишь для объектов с малой скоростью перемещения (вертолетов, судов и т. д.).

За рубежом ведутся работы по повышению эффек­ тивности аппаратуры оповещения, в частности повышения вероятности правильного определения факта обнаруже­ ния объекта [104]. В качестве аппаратуры оповещения используются сканирующие и несканирующие инфра­ красные и ультрафиолетовые преобразователи, импульс­ ные доплеровские РЛС. Считается, что нссканирующие инфракрасные системы обеспечивают потенциально бо­ лее быстрое оповещение, чем доплеровские РЛС.

Сканирующие инфракрасные системы оповещения представляют собой более сложные приборы, в задачу которых входит не только обнаружение атаки против­ ником, но часто и определение основных параметров ОЭП противника. Типичным примером аппаратуры опо­ вещения считают компактное устройство, устанавли­ ваемое либо в контейнере, либо в нижней части фюзе­ ляжа защищаемого летательного аппарата и прикрытое обтекателем (диаметр обтекателя около 100 мм [104, 117] ). В состав устройства оповещения входит логическое устройство для выделения на фоне помех сигнала, соот­ ветствующего атаке противника снарядом (ракетой) с оптико-электронной головкой самонаведения, индикатор, размещаемый в кабине пилота и указывающий направ­ ление на снаряд противника. Аппаратура оповещения

56

может работать в нескольких спектральных диапазонах и осуществляет обзор пространства по направлениям «вперед», «назад», «вправо», «влево», «вниз». Для опре­ деления параметров ОЭП противника (или объекта раз­ ведки) имеется источник электромагнитного излучения. Отраженное от оптической системы ОЭП излучение при­ нимается аппаратурой оповещения, и логическое уст­ ройство определяет тип и параметры помех, которые наиболее эффективно могут дезориентировать против­ ника. Так, по наличию или отсутствию отражения на разных длинах волн можно определить оптический спек­ тральный диапазон работы ОЭП, закон модуляции от­ раженного сигнала может дать представление о харак­ теристиках растра, скорости затвора фотокамер и т. д.

Организованные оптические помехи за рубежом под­ разделяют на модулированные оптические помехи, лож­ ные оптические цели, лазерные помехи [72, 74, 116— 118].

Под модулированными помехами понимают искус­ ственные оптические источники излучения, у которых принудительно по определенному закону изменяется амплитуда излучения. При этом, как правило, источник излучения модулированной помехи совмещен с защи­ щаемым объектом. Как и среди помех радиотехничес­ ким средствам, выделяют мерцающие оптические помехи, представляющие два или несколько отдельных модулированных источников излучения, разнесенных в пределах площади излучения защищаемого объекта. Причем законы модуляции излучения источников свя» заны между собой определенной зависимостью.

Ложной оптической целью называют источник опти­ ческого излучения, параметры которого максимально совпадают с параметрами излучения защищаемого объ­ екта. Этот источник размещается за пределами защи­ щаемого объекта. Как правило, ложные цели переме­ щаются относительно защищаемого с их помощью объ­ екта. При этом их разделяют на выстреливаемые, вы­ брасываемые (парашютируемые) и буксируемые.

Лазерные помехи из-за особенностей их физической реализации и природы воздействия на ОЭП выделяют в отдельную группу, хотя они могут быть созданы в ви­ де как отдельной ложной цели, так и модулированного лазерного излучения. Лазерные помехи разделяют на поражающие, засветочные и кодированные, подразде­ ляемые, в свою очередь, на имитирующие (ложные це­ ли) и маскирующие [ПО, 114, 116].

57

3.2. МОДУЛИРОВАННЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ ПОМЕХИ

При создании модулированной помехи излучающая площадь защищаемого объекта, как правило, больше,, чем излучающая площадь источника модулированной помехи, поэтому можно применить принцип суперпози­ ции. Тогда сигнал (поток) на входе оптического анали­ затора ОЭП противника без учета пропускания атмо­ сферы будет равен

нала от помехи; n{t) — модулирующая функция помехи. При отсутствии модулированной помехи сигнал на выходе оптического анализатора ОЭП противника мож­

но представить в виде

« « Ф о б (*)?(*).

где ф (0 — модулирующая функция анализатора ОЭП,. несущая в себе информацию о координатах объекта.

При наличии модулированной помехи сигнал на вы­ ходе

«п = Фоб(*)<Р (0 + Фп *(*)<Р (*)•

Соответственно если второй член последнего уравнения изменяется во времени по параметру, в котором заклю­ чена информация о координатах объекта, то будет про­ исходить искажение информации об истинных коорди­ натах объекта.

Механизм влияния модулированной помехи на рабо­ ту анализатора ОЭП рассмотрим на примере ОЭП, ис­

яснение процесса выделения координат визируемого’ объекта в плоскости анализа ОЭП с таким растром при­ ведено в ряде работ [7, 41, 49]. В процессе формирова­ ния сигналов о координатах объекта в ОЭП сравнива­ ются фазы опорного сигнала, синхронного с частотой вращения растра, и сигнала огибающей частоты, выде­ ленного после фильтрации и детектирования сигнала несущей частоты, получаемого путем прерывания (об­

При наличии изображения от объекта в плоскости растра на его выходе формируется два типа сигналов, (эпюра 5): 1) сигнал переменной частоты, когда изо-

58

бражение объекта пересекается секторной частью рас­ тра (<?), причем частота модуляции /[Гц] = ят/60, где п — частота вращения, мин-1; т— число прозрачных (непрозрачных) секторов растра; 2) постоянные сигна­ лы, когда изображение пересекается концентрической частью растра (4). После детектирования и фильтрации сигнала, полученного на выходе растра, из него форми­ руется сигнал огибающей частоты (эпюра 6), несущий информацию о координатах объекта.

Рис. 3.2. Сигналы в ОЭП с растром Бибермана — Эстн

Положим, что для защиты объекта от воздействия ОЭП противника используется модулированная оптичес­ кая помеха. Для простоты рассмотрим наиболее небла­ гоприятный случай, когда амплитуда излучения сигна­ ла объекта меньше амплитуды излучения модулирован­ ной помехи в рабочем диапазоне ОЭП противника. Пусть частота модуляции растром излучения объекта равна (или близка) частоте сигнала модулированной по­ мехи, а фаза сигнала помехи такова, что при пересече­ нии непрозрачными секторами растра амплитуда излу­ чения помехи максимальная, а при пересечении про­ зрачными секторами — минимальная или равна нулю. Следовательно, секторная часть растра будет формиро­ вать сигнал на выходе растра только при модуляции потока от объекта. Когда через концентрическую часть растра проходят изображения объекта и совмещенной с ним модулированной помехи, на выходе растра будет постоянный сигнал от объекта и переменный от модули­ рованной помехи (эпюра 7). После детектирования и

59

фильтрации такого сигнала будет сформирован сигнал огибающей частоты (эпюра 8), фаза которого смещена на 180° по сравнению с фазой сигнала огибающей час­ тоты (эпюра 6), сформированного ОЭП при наличии только одного объекта.

Таким образом, на выходе ОЭП от одного и того же объекта, имеющего одни и те же координаты, но в од­ ном случае без модулированной помехи, а в другом с модулированной помехой, в процессе сравнения фаз сигналов огибающей частоты (эпюры 6 и 8) с фазой опорного сигнала (эпюра 9) будут сформированы раз­ ные сигналы о координатах объекта. В первом случае эти сигналы истинные, а во втором — ложные, обуслов­ ленные модулированными помехами-на объекте.

За рубежом в качестве медулировацной пойехи пред­ лагают использовать мощную цезиевую лампу, с элек­ тронной схемой управления* черйое тело с механиче­ ским прерывателем его излучения, газовая форсунка, работающая, например, на сжатом, продане и снабжен­ ная зеркальнойотражательной еистемой* создающей обширный ореол [54, 70, 104, 116].

При создании модулированной помехи основной за­ дачей является повышение эффективности использова­ ния мощности излучателя, что определяется, в первую очередь, способом модуляции излучения. Для модуля­ ции излучения цезиевых ламп требуется электронная аппаратура, а для модуляции излучения источника в виде черного тела — механические прерыватели в виде вращающихся растров.. Для прерывания пучков боль­ шого сечения, создаваемых мощными источниками из­ лучения, нужны громоздкие устройства, что не позволя­ ет получить высокую частоту модуляции, уменьшает на­ дежность модулятора из-за больших центробежных сил* возникающих при его вращении. При этом существен­ ная часть энергии излучателя поглощается неподвиж­ ным экраном и подвижным вращающимся диском, что снижает эффективность источника излучения.

В [54] описано устройство (рис. 3.3), в котором, по утверждению авторов, достигается 100%-ная синусо­ идальная модуляция сигналов источника излучения и минимум поглощения его тепловой энергии, а центро­ бежные силы малы при высокой прочности модулято­ ра, что позволяет достигать высоких частот модуляции при сравнительно небольшой мощности привода.

60