RU2451301C1

RU2451301C1 - Method of recording statistical distribution of re-reflections of laser light from low-altitude missiles by sea surface glares and apparatus for realising said method

Info

Publication number: RU2451301C1
Application number: RU2011101541/28A
Authority: RU
Inventors: Олег Фёдорович Меньших (RU); Олег Фёдорович Меньших
Original assignee: Олег Фёдорович Меньших
Priority date: 2011-01-17
Filing date: 2011-01-17
Publication date: 2012-05-20

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: transmitting and receiving channels of position-finding equipment are adjusted along a single optical axis. Said channels are then aligned onto an angle reflector which is mounted on the nose of a nose dummy missile. The reflected signal is picked up at the centre of a receiving photosensitive array, after which the received signal from the position-finding equipment is aligned onto the area of the water surface under the dummy missile with shift on the angle of elevation Δε, the value of which is calculated using the formula Δε = H/L, where L is the distance between the position-finding equipment and the angle reflector o the dummy missile, H is the height of the dummy missile relative the water surface. A series of measurements of groups of glare emissions formed from the scattering of probing radiation by the side surface of the dummy missile are taken using the receiving array connected to a multichannel information processing unit, and the obtained information is processed in the recording device. As a result, a database is formed for its subsequent statistical averaging and calculation of corresponding probabilities. Said measurements are taken at equal distances L and under the same water surface agitation conditions.

EFFECT: possibility of studying statistical distribution of re-reflections from low-altitude winged missile.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к областям лазерной техники и электроники и может быть использовано при синтезе лазерных доплеровских локаторов по низколетящим крылатым ракетам морского базирования, использующих переотражения лазерного излучения от бликов морской поверхности, на которую падает рассеянное лазерное излучение, облучающее боковую поверхность крылатой ракеты.The invention relates to the fields of laser technology and electronics and can be used in the synthesis of laser Doppler locators using low-flying sea-based cruise missiles using laser reflections from glare from the sea surface onto which scattered laser radiation irradiates the side surface of a cruise missile.

Известно о разработках в США самолета-невидимки по проекту Stels, который был использован в военной компании в Ираке и появление которого не могли зафиксировать приграничные средства ПВО в связи с особой формой этого самолета. Эта форма в нарушение законов аэродинамики позволила существенно уменьшить эффективную поверхность отражения зондирующего радиоизлучения радаров ПВО и представляла собой зеркально отражающие грани корпуса, расположенные под углами к падающему излучению, что приводило к отражению последнего в направлениях, существенно не совпадающих с направлением падающего на самолет излучения радара (в основном вниз и по бокам относительно вектора движения самолета). Форма самолета-невидимки напоминала форму стрелы. Один из наших ученых - Ф.Уфимцев - разработал теорию дифракции электромагнитных волн для такого рода объектов и сотрудничал в США в процессе создания проекта Stels, но также предложил и способ обнаружения самолетов-невидимок, сущность которого состояла в использовании нескольких радиолокационных приемных устройств, рассредоточенных в пространстве относительно радара ПВО, с помощью которых можно принимать излучения радара, рассеянно отраженные от самолета-невидимки. Однако данный способ выражен в виде идеи возможного обнаружения без конкретного указания на технические средства реализации способа и состав оборудования.It is known about the development in the United States of an invisible aircraft under the Stels project, which was used by a military company in Iraq and the appearance of which could not be detected by frontier air defense systems due to the special form of this aircraft. This form, in violation of the laws of aerodynamics, made it possible to significantly reduce the effective reflection surface of the probing radio emission of air defense radars and was a mirror-reflecting face of the body located at angles to the incident radiation, which led to the reflection of the latter in directions that did not substantially coincide with the direction of the radiation incident on the aircraft ( mostly down and on the sides relative to the motion vector of the aircraft). The shape of the invisible plane resembled that of an arrow. One of our scientists, F. Ufimtsev, developed the theory of electromagnetic wave diffraction for such objects and collaborated in the United States in the process of creating the Stels project, but also proposed a method for detecting stealth aircraft, the essence of which was the use of several radar receiving devices dispersed in space relative to the air defense radar, with the help of which it is possible to receive radar radiation scattered reflected from an invisible aircraft. However, this method is expressed in the form of the idea of a possible detection without a specific indication of the technical means of implementing the method and the composition of the equipment.

При использовании такого гипотетического способа обнаружения движущихся объектов-невидимок с весьма малыми величинами эффективной площади отражения применительно к задачам ВМФ, то есть в условиях работы на море (в океане), возникают трудно преодолимые препятствия, связанные с необходимостью взаимной топографиической привязки группы кораблей с указанными радиолокационными приемниками рассеянно отраженного излучения радара, также размещенного на одном из кораблей данной группы, находящейся в движении. Это обстоятельство крайне затрудняет реализацию идеи Ф.Уфимцева применительно к лазерной когерентной локации низколетящих над водными бассейнами крылатых ракет или самолетов-невидимок, обнаружение которых и измерение их координат и скорости необходимо осуществлять заблаговременно.When using such a hypothetical method for detecting moving invisible objects with very small effective reflection areas in relation to the tasks of the Navy, that is, in conditions of work at sea (in the ocean), difficult obstacles arise due to the need for mutual topographic reference of a group of ships with the indicated radar receivers of diffuse reflected radar radiation, also located on one of the ships of this group in motion. This circumstance impedes the implementation of the idea of F. Ufimtsev in relation to the laser coherent location of cruise missiles or invisible aircraft flying low over water basins, the detection of which and the measurement of their coordinates and speed must be carried out in advance.

Аналогичным образом обстоит дело применительно к низколетящим крылатым ракетам морского базирования типа «Гарпун» и других, им подобных. Низколетящие крылатые ракеты типа «Гарпун» производства США были впервые успешно применены Аргентиной против английского корабля в военном конфликте в районе Фолклендских (Мальвинских) островов и проявили себя как грозное современное оружие. Поэтому задача ближнего обнаружения низколетящих крылатых ракет типа «Гарпун» является весьма актуальной. Важность создания технических средств противодействия такого рода оружия связана с тем, что традиционными радиолокационными средствами обнаружения и сопровождения низколетящих ракет морского базирования решение этих задач принципиально затруднено, в частности, из-за сложности формирования необходимой диаграммы направленности зондирующего излучения. Поэтому переход к лазерным локационным системам с существенно более короткой длиной волны в излучении является определяющим обстоятельством в развитии современных локационных приборов.The situation is similar in relation to low-flying sea-based cruise missiles of the Harpoon type and others like them. The low-flying Harpoon-type cruise missiles manufactured by the USA were first successfully used by Argentina against an English ship in a military conflict in the Falkland Islands (Malvinas) and proved to be a formidable modern weapon. Therefore, the task of the near detection of low-flying cruise missiles such as "Harpoon" is very important. The importance of creating technical means of counteracting such weapons is due to the fact that traditional radar detection and tracking of low-flying sea-based missiles, the solution of these problems is fundamentally difficult, in particular, due to the complexity of the formation of the necessary radiation pattern of the probe radiation. Therefore, the transition to laser location systems with a significantly shorter wavelength in radiation is a determining factor in the development of modern location devices.

Среди различных схем и способов построения лазерных локаторов наиболее перспективными представляются схемы с когерентным приемом при панорамном обзоре пространства с использованием непрерывного излучения одночастотного лазера без использования модуляции, что позволяет получить наибольшую величину произведения энергетического потенциала локатора на его быстродействие сканирования по угловым координатам (азимуту и углу места) при высокой точности измерения угловых координат и радиальной скорости. Последнее обеспечивается при построении лазерных доплеровских систем с использованием когерентной обработки с фотосмешением в высокочувствительных фотоприемниках, например, на основе охлаждаемых жидким азотом тройных соединений «кадмий-ртуть-теллур» (КРТ) для излучений СО₂-лазеров. Однако для измерения наклонной дальности в лазерных локаторах традиционно используют либо импульсный режим излучения, либо применяют широкополосные сигналы, например псевдослучайные последовательности или линейно-частотно-модулированные по треугольному закону сигналы с последующей их оптимальной обработкой в радиотракте на основе дисперсионных линий задержки или линий с длительным взаимодействием [1-12]. Важно отметить, что при построении лазерных локаторов с импульсным режимом излучения приходится использовать модуляторы излучения, что снижает энергетический потенциал таких локаторов по сравнению с когерентными доплеровскими локаторами с непрерывным режимом излучения при одинаковых средних мощностях лазеров из-за потерь при модуляции.Among the various schemes and methods for constructing laser locators, the most promising schemes are those with coherent reception in a panoramic view of space using continuous radiation from a single-frequency laser without the use of modulation, which makes it possible to obtain the largest value of the product of the energy potential of the locator and its scanning speed in angular coordinates (azimuth and elevation angle) ) with high accuracy in measuring angular coordinates and radial velocity. The latter is ensured when constructing laser Doppler systems using coherent processing with photo mixing in highly sensitive photodetectors, for example, on the basis of cadmium-mercury-tellurium (CMT) ternary compounds cooled by liquid nitrogen for CO ₂ laser radiation. However, to measure the oblique range in laser locators, either a pulsed radiation mode is traditionally used, or broadband signals are used, for example, pseudorandom sequences or linearly frequency-modulated triangular-law signals, followed by their optimal processing in the radio path based on dispersion delay lines or lines with long interaction [1-12]. It is important to note that when constructing laser locators with a pulsed radiation regime, it is necessary to use radiation modulators, which reduces the energy potential of such locators in comparison with coherent Doppler locators with a continuous radiation regime at the same average laser powers due to modulation losses.

Известен способ локации низколетящих крылатых ракет морского базирования, использующий непрерывное излучение одночастотного газового СО₂-лазера, сформированное с узким углом расходимости по азимуту и расширенным углом излучения по углу места, и когерентный прием матрицей фоточувствительных КРТ-элементов переотраженных от морских бликов рассеянного ракетой излучения, а также реализующие данный способ устройства и их элементы [12-18]. Эффективная поверхность рассеяния крылатых ракет является настолько малой из-за стреловидной формы их корпуса, что их обнаружение по отражению вдоль линии зондирования затруднено, поскольку основная часть энергии отражения направляется корпусом ракеты в направления, отличные от направления зондирования, в том числе на морскую поверхность вблизи от ракеты. Это обстоятельство используется в указанном известном способе локации. При этом морская поверхность, практически всегда испытывающая волнение, представляет собой псевдослучайный время-пространственный модулятор-отражатель рассеянного ракетой излучения, воздействующего со стороны лазерного доплеровского локатора.A known method for locating low-flying sea-based cruise missiles using continuous radiation of a single-frequency gas CO ₂ laser, formed with a narrow divergence angle in azimuth and an extended radiation angle in elevation, and coherent reception by a matrix of photosensitive KRT elements reflected from sea glare from radiation scattered by the rocket, and also devices implementing this method and their elements [12-18]. The effective scattering surface of cruise missiles is so small due to the arrow-shaped shape of their hull that their detection by reflection along the sounding line is difficult, since the bulk of the reflection energy is directed by the missile hull in directions other than the sounding direction, including on the sea surface near rockets. This fact is used in the specified known location method. In this case, the sea surface, almost always experiencing waves, is a pseudo-random time-space modulator-reflector of radiation scattered by the rocket, acting from the side of the laser Doppler locator.

Известный способ-прототип [13] отличается тем, что когерентному приему и обработке дополнительно и одновременно подвергают отраженные от нескольких бликов морской поверхности излучения, поступающие на фотоприемную матрицу с разных произвольно распределенных угловых направлений, определяют в соответствующих каналах, связанных с матричным фотоприемным устройством, доплеровские сдвиги частоты в принятых излучениях от бликов морской поверхности и соответствующие им угловые координаты на эти морские блики, вычисляют текущие координаты местоположения объекта и его истинную скорость, а также статистически усредняют полученные результаты вычислений всей совокупности совместных измерений указанных параметров.The known prototype method [13] is characterized in that the coherent reception and processing is additionally and simultaneously subjected to radiation reflected from several glare of the sea surface, arriving at the photodetector array from different randomly distributed angular directions, and the Doppler signals are determined in the corresponding channels associated with the matrix photodetector device frequency shifts in received emissions from glare of the sea surface and the corresponding angular coordinates to these sea glares, calculate the current coordinates ocations object and the true speed, and also statistically averaged results of calculations of the totality of joint measurements of said parameters.

Целью данного способа локации является изучение статистики распределения переотражений лазерного излучения от низколетящей крылатой ракеты, например, типа «Гарпун» бликующей морской поверхностью в различных погодных ситуациях (от штиля до бури). В частности, важно получить статистические данные о вероятности одновременного действия и продолжительности функционирования нескольких бликов для решения триангуляционной задачи местоопределения мгновенного положения летящей ракеты, а также получить статистические данные о вероятности регистрации интервалов времени, соответствующих совпадениям регистрируемых двух и более бликов и достаточных для обработки информации с заданной вероятностью правильного обнаружения и измерения текущих координат ракеты и ее скорости с необходимой точностью при известном заданном значении вероятности ложных тревог. При этом накопление статистических данных необходимо проводить с использованием неподвижного полномасштабного макета соответствующей ракеты на разных дальностях и при различных условиях волнения водной поверхности.The purpose of this location method is to study the statistics of the distribution of laser light reflections from a low-flying cruise missile, for example, the Harpoon type, with a glaring sea surface in various weather situations (from calm to storm). In particular, it is important to obtain statistical data on the probability of the simultaneous action and duration of operation of several flares to solve the triangulation problem of determining the instant position of a flying rocket, as well as to obtain statistical data on the probability of recording time intervals corresponding to coincidences of two or more flares recorded and sufficient to process information with the given probability of correct detection and measurement of the current coordinates of the rocket and its speed with th accuracy with a certain given value of the probability of false alarms. In this case, the accumulation of statistical data must be carried out using a fixed full-scale prototype of the corresponding rocket at different ranges and under different conditions of waves of the water surface.

Указанная цель достигается в заявляемом способе регистрации статистического распределения переотражений лазерного излучения от низколетящей ракеты бликами морской поверхности, использующем когерентный прием и обработку излучения, отраженного от нескольких одновременно действующих бликов морской поверхности вблизи низколетящей ракеты, поступающие на фотоприемную матрицу с разных произвольно распределенных угловых направлений, отличающимся тем, что макет ракеты устанавливают на заданной высоте над поверхностью водного бассейна, например морского залива, а локационное оборудование устанавливают на подвижной тележке, которую перемещают по суше, например по железнодорожному полотну, передающий и приемный тракты локационного оборудования предварительно юстируют вдоль единой оптической оси, затем передающий и приемный каналы локационного оборудования ориентируют на малоапертурный уголковый отражатель, который закрепляют в носовой части макета ракеты, регистрируют прием отраженного сигнала в центре приемной фоточувствительной матрицы, после чего приемный канал локационного оборудования ориентируют на участок водной поверхности под макетом ракеты со сдвигом по углу места Δε, величину которого вычисляют по формуле Δε=Н/L при L>>Н, где L - расстояние между локационным оборудованием и малоапертурным уголковым отражателем макета ракеты, Н - высота макета ракеты относительно водной поверхности, и затем производят серию измерений групп бликовых излучений, образующихся от рассеяния зондирующего излучения боковой поверхностью макета ракеты, с помощью приемной фоточувствительной матрицы, связанной с многоканальным блоком обработки информации, и обрабатывают получаемую информацию в регистрирующем приборе, например в персональном компьютере, с отображающим монитором, в результате чего формируют базу данных для ее последующего статистического усреднения и вычисления соответствующих вероятностей, кроме того, указанные измерения проводят на разных дальностях L и при разных условиях волнения водной поверхности с возможностью искусственной имитации волнения, соответствующего диапазону волнений при штиле и при буре.This goal is achieved in the inventive method for recording the statistical distribution of reflections of laser radiation from a low-flying rocket by the glare of the sea surface, using coherent reception and processing of radiation reflected from several simultaneously acting glare of the sea surface near the low-flying rocket, arriving at the photodetector from different randomly distributed angular directions, different the fact that the rocket model is installed at a given height above the surface of the water basin, for example, the sea gulf, and the location equipment is installed on a moving trolley, which is transported by land, for example, on a railway track, the transmitting and receiving paths of the location equipment are pre-aligned along a single optical axis, then the transmitting and receiving channels of the location equipment are oriented to a low-aperture angle reflector, which is fixed in the bow of the missile, register receiving the reflected signal in the center of the receiving photosensitive matrix, after which the receiving channel l of the location equipment is oriented to the water surface section under the rocket model with a shift in elevation Δε, the value of which is calculated by the formula Δε = Н / L at L >> Н, where L is the distance between the location equipment and the low-aperture angle reflector of the rocket model, N - the height of the rocket model relative to the water surface, and then a series of measurements of flare radiation groups generated from the scattering of the probe radiation by the lateral surface of the rocket model is performed using a receiving photosensitive matrix associated with with a channel information processing unit, and the received information is processed in a recording device, for example, in a personal computer, with a display monitor, as a result of which a database is formed for its subsequent statistical averaging and calculation of the corresponding probabilities, in addition, these measurements are carried out at different ranges L and at different conditions of waves of the water surface with the possibility of artificial simulation of waves, corresponding to the range of waves during calm and during the storm.

Заявляемый способ реализуется устройством для регистрации статистического распределения переотражений лазерного излучения от низколетящей ракеты бликами морской поверхности, содержащим одночастотный СО₂ лазер непрерывного действия с передающим телескопом, соосно размещенный в передающем канале приемный объектив, в фокальной плоскости которого установлена фоточувствительная матрица на охлаждаемом жидким азотом тройном соединении «кадмий-ртуть-теллур», работающая в гомодинном режиме когерентного приема при использовании малой части лазерного излучения и рассеивающей линзы, а также многоканальный блок обработки информации, каждый канал которого включает последовательно включенные к ячейкам фоточувствительной матрицы канальные усилитель, амплитудный детектор и пороговое устройство с регулируемым порогом ограничения по минимуму, и регистрирующее устройство, например персональный компьютер, с дисплеем, отличающимся тем, что приемно-передающий блок размещен на перемещаемой по горизонтальной трассе или по железнодорожному полотну тележке, излучения одночастотного СО₂ лазера с малой угловой расходимостью направлены на макет низколетящей ракеты, установленной на некоторой высоте над уровнем морского залива на специальной опоре и снабженной малоапертурным уголковым отражателем в носовой части макета ракеты, поле зрения приемного тракта оптически связано с частью водной поверхности, на которую падает рассеянное макетом ракеты лазерное излучение и на которой возникают хаотически распределенные бликовые переотражения, а каналы многоканального блока обработки информации включают последовательно связанные с выходами канальных пороговых устройств канальные запоминающие устройства, фиксирующие длительность принятых сигналов и моменты времени начала регистрируемых интервалов времени существования принятых сигналов, а также отображающих эти временные параметры в двоичных кодах, а выходы канальных запоминающих устройств воздействуют на интерфейс регистрирующего устройства, например персонального компьютера, с дисплеем, связанного с таймером, выход таймера подключен к дополнительным входам канальных запоминающих устройств, которые включают последовательно связанные измеритель временного интервала действия принимаемого сигнала и кодирующее устройство, а интерфейс персонального компьютера включает быстродействующее устройство последовательного опроса кодовых данных канальных запоминающих устройств.The inventive method is implemented by a device for recording the statistical distribution of reflections of laser radiation from a low-flying rocket by glare of the sea surface, containing a single-frequency continuous-wave CO ₂ laser with a transmitting telescope, a receiving lens coaxially located in the transmitting channel, in the focal plane of which there is a photosensitive matrix mounted on a triple junction cooled by liquid nitrogen "Cadmium-mercury-tellurium", operating in the homodyne mode of coherent reception using small hours parts of laser radiation and a scattering lens, as well as a multi-channel information processing unit, each channel of which includes channel amplifiers, an amplitude detector and a threshold device with an adjustable minimum threshold threshold, and a recording device, such as a personal computer, with a display, characterized in that the transmitting and receiving unit is placed on a trolley that is moved along a horizontal track or along a railway track, radiation is often performed of a total CO ₂ laser with a small angular divergence are aimed at a prototype of a low-flying rocket mounted at a certain height above the sea level on a special support and equipped with a low-aperture angle reflector in the bow of the rocket’s prototype, the field of view of the receiving path is optically connected with the part of the water surface onto which laser radiation scattered by the missile model and on which chaotically distributed flare reflections occur, and the channels of the multichannel information processing unit include channel memory devices that are directly related to the outputs of channel threshold devices, which record the duration of the received signals and the time of the beginning of the recorded time intervals of the existence of the received signals, as well as display these time parameters in binary codes, and the outputs of the channel memory devices act on the interface of a recording device, for example, a personal computer , with a display associated with a timer, the timer output is connected to additional inputs of channel memory devices Stv, which include a series-connected meter of the time interval of the action of the received signal and the encoder, and the interface of the personal computer includes a high-speed device for sequential interrogation of the code data of the channel storage devices.

Заявляемый способ и реализующее его устройство может быть дополнено использованием водного бассейна с имитатором волнения водной поверхности с регулируемыми интенсивностью и частотой волнения вместо морского залива.The inventive method and the device implementing it can be supplemented by using a water basin with a simulator of waves of the water surface with adjustable intensity and frequency of waves instead of the sea bay.

Достижение цели изобретения в заявляемом способе и устройстве объясняется статистическим усреднением картины одновременного распределения бликовых переотражений на фоточувствительной матрице. Это позволяет в реальной обстановке судить о местоположении низколетящей крылатой ракеты по расположению на морской поверхности движущейся картины бликовых переотражений.Achieving the objective of the invention in the claimed method and device is explained by statistical averaging of the picture of the simultaneous distribution of flare reflections on a photosensitive matrix. This allows in a real situation to judge the location of a low-flying cruise missile by the location on the sea surface of a moving picture of flare reflections.

Действие устройства, реализующего способ, понятно из представляемых рисунков.The action of the device that implements the method is clear from the presented drawings.

На рис.1 дана схема взаимодействия устройства с макетом ракеты, расположенной на заданной высоте Н над уровнем морского залива и на расстоянии L от устройства 1 с апертурным окном 2. Устройство 1 установлено на подвижной тележке 3 по горизонтальной трассе или по железнодорожному полотну 4. Поле зрения приемного тракта устройства охватывает определенную часть водной поверхности 5 (показана внизу рис.1 как вид сверху) и макет ракеты 6 с малоапертурным уголковым отражателем 7. Макет ракеты жестко закреплен штырем на донной поверхности креплением 8. Возможны и иные способы закрепления макета ракеты. Вид сверху на видимую приемным трактом устройства 1 площадку 9 на водной поверхности включает ряд бликующих площадок волнующейся водной поверхности, расположение которых имеет случайное распределение по этой площадке и во времени.Figure 1 shows a diagram of the interaction of the device with a mock rocket located at a given height H above the level of the sea bay and at a distance L from device 1 with aperture window 2. Device 1 is mounted on a movable trolley 3 along a horizontal track or along a railway track 4. Field view of the receiving path of the device covers a certain part of the water surface 5 (shown at the bottom of Fig. 1 as a top view) and the model of the rocket 6 with a small aperture angular reflector 7. The model of the rocket is rigidly fixed with a pin on the bottom surface 8. There are other possible ways of fixing the layout of the rocket. The top view of the area 9 visible on the receiving surface of the device 1 on the water surface includes a number of glare areas of the vibrating water surface, the location of which has a random distribution over this site and in time.

На рис.2 представлена схема устройства 1, включающая следующие узлы и блоки:Fig. 2 shows a diagram of device 1, which includes the following nodes and blocks:

10 - одночастотный СО₂ лазер непрерывного действия,10 - single-frequency CO ₂ laser of continuous operation,

11, 12 и 17 - глухие отражатели,11, 12 and 17 - deaf reflectors,

13 - передающий телескоп, формирующий узконаправленное лазерное излучение с угловой расходимостью Θ (как указано на рис.1),13 - transmitting telescope, forming a narrow laser radiation with an angular divergence Θ (as indicated in Fig. 1),

14 - приемный объектив с центральным отверстием,14 - receiving lens with a Central hole,

15 - фоточувствительная матрица с N=mn ячейками (m - число столбцов, n - число строк в матрице),15 is a photosensitive matrix with N = mn cells (m is the number of columns, n is the number of rows in the matrix),

16 - оптическая делительная ячейка с малым отражением для формирования гомодинного режима фотосмешения,16 - optical dividing cell with low reflection for the formation of a homodyne mode of mixing

18 - отрицательная линза, формирующая оптический сигнал гетеродинирования,18 is a negative lens forming an optical heterodyning signal,

19 - многоканальный блок обработки информации с числом идентичных каналов N,19 is a multi-channel information processing unit with the number of identical channels N,

20 - канальный усилитель,20 channel amplifier

21 - канальный амплитудный детектор,21 - channel amplitude detector,

22 - канальное пороговое устройство с регулируемым порогом ограничения по минимуму,22 - channel threshold device with an adjustable threshold limit to a minimum

23 - канальное запоминающее устройство, содержащее в своем составе:23 - channel storage device, comprising:

24 - измеритель временного интервала действия принимаемого сигнала,24 - meter time interval of the received signal,

25 - кодирующее устройство,25 is an encoding device,

26 - таймер,26 - timer

27 - интерфейс регистрирующего устройства,27 is the interface of the recording device,

28 - регистрирующее устройство, например персональный компьютер, с дисплеем.28 is a recording device, for example a personal computer, with a display.

Примечание: На рис.2 фоточувствительная матрица 15 развернута для наглядности на 90° вокруг вертикальной оси, а фигурные стрелки указывают на многоканальные связи.Note: In Fig. 2, the photosensitive matrix 15 is rotated 90 ° around the vertical axis for clarity, and the curly arrows indicate multi-channel connections.

Рассмотрим заявляемый способ на основе действия реализующего его устройства.Consider the inventive method based on the action of the device that implements it.

Излучение одночастотного СО₂ лазера непрерывного действия 10 передающего тракта, частично отражаясь формирователем гомодинного канала - делительной оптической ячейкой 16 с большим пропусканием и малым отражением, отражаясь соответствующими глухими отражателями 11 и 12, формируется в узконаправленный пучок с угловой расходимостью Θ=1,22 λ/D₁, где λ - длина волны лазерного излучения (10,6 мкм) и D₁ - диаметр апертуры передающего телескопа 13, направляют на малоапертурный уголковый отражатель 7, закрепленный в носовой части макета ракеты 6, закрепленной на высоте Н над водной поверхностью морского залива или специального водного бассейна с помощью крепления 8. Оптическая ось приемного объектива 14 приемного тракта локационного оборудования в исходном состоянии совпадает с оптической осью передающего телескопа 13. Поэтому изображение малоапертурного уголкового отражателя при его зондировании лазерным излучением, обеспечиваемым соответствующей юстировкой приемно-передающего тракта (поиском) по азимуту и углу места, оказывается совмещенным с центральной ячейкой фоточувствительной матрицы 15. Отметим, что расходимость зондирующего излучения Θ выбирается так, что выполняется неравенство Θ L<Н при всех возможных значениях дальности L, так что это излучение не воздействует на площадку 9 водной поверхности под макетом ракеты. В результате этой операции лазерное излучение падает на поверхность макета ракеты и рассеивается ею в различные направления, в том числе вниз и по бокам, то есть попадает на некоторую площадку 9 водной поверхности под макетом ракеты. Для визирования этой площадки 9 приемный тракт, включающий приемный объектив 14 с центральным отверстием, отрицательную линзу 18 и глухой отражатель 17, поворачивают в угломестной плоскости на некоторый угол Δε, равный Δε=Н/L. Этот поворот осуществляют относительно горизонтальной оси, проходящей через центр глухого отражателя 17 (эта ось не показана на рис.2).The radiation of a single-frequency CO ₂ continuous-wave laser 10 of the transmission path, partially reflected by the homodyne channel former - dividing optical cell 16 with high transmission and low reflection, reflected by the corresponding dull reflectors 11 and 12, is formed into a narrow beam with an angular divergence Θ = 1.22 λ / D ₁ , where λ is the wavelength of laser radiation (10.6 μm) and D ₁ is the diameter of the aperture of the transmitting telescope 13, is directed to a small aperture angle reflector 7, mounted in the bow of the missile 6, is fixed at a height of H above the water surface of the sea gulf or a special water basin using the mount 8. The optical axis of the receiving lens 14 of the receiving path of the location equipment in the initial state coincides with the optical axis of the transmitting telescope 13. Therefore, the image of the low-aperture angle reflector when it is probed by laser radiation provided appropriate alignment of the transmitting and receiving tract (search) in azimuth and elevation, is combined with the central cell of the photosensitive matrices 15. Note that the divergence of the probe radiation Θ is chosen so that the inequality Θ L <H is satisfied for all possible values of the range L, so that this radiation does not affect the area 9 of the water surface under the model of the rocket. As a result of this operation, laser radiation falls on the surface of the missile’s layout and is scattered by it in various directions, including down and on the sides, that is, it enters some area 9 of the water surface under the rocket’s layout. To sight this site 9, the receiving path, including the receiving lens 14 with a central hole, the negative lens 18 and the blind reflector 17, is rotated in the elevation plane by a certain angle Δε equal to Δε = N / L. This rotation is carried out relative to the horizontal axis passing through the center of the blind reflector 17 (this axis is not shown in Fig. 2).

За счет волнения морской поверхности образуются бликовые отражения, воздействующие на приемный объектив 14, содержащий линзу с большой апертурой D₂>>D₁ и с малым центральным отверстием, в плоскости изображения которой размещена фоточувствительная матрица 15 (при L>>>F, где F - фокусное расстояние приемного объектива 14, плоскость изображений практически совпадает с фокальной плоскостью приемного объектива). Приемный тракт также содержит дополнительную малоапертурную отрицательную (рассеивающую) линзу 18 гомодинного канала, совмещенную с оптической осью приемного объектива. Гомодинное излучение образовано с помощью делительной оптической ячейки 16, глухого отражателя 17, расположенного перед отверстием в линзе приемного объектива, и формирующий гомодинный пучок падает на все mn ячейки фотоприемной матрицы 15, обеспечивая гомодинное фотосмешение. Фотоприемная матрица 15 содержит m столбцов и n строк, и их число определяет разрешающую способность устройства по угловым координатам - соответственно углу места и азимуту. Одновременно ячейки фотоприемной матрицы 15 могут регистрировать бликовые отражения от различных участков морской поверхности. Поэтому дальнейшая обработка информации о принятой группе сигналов осуществляется в многоканальном блоке обработки информации 19, число каналов в котором равно mn. Все каналы идентичны и содержат последовательно включенные канальные усилители 20, канальные амплитудные детекторы 21, канальные пороговые устройства с регулируемым порогом по минимуму 22 и канальные запоминающие устройства 23, причем последние включают последовательно соединенные измерители временных интервалов действия принимаемых сигналов 24 и кодирующие устройства 25, с помощью которых формируются коды длительности интервалов действия принимаемых сигналов и моменты текущего времени, задаваемого таймером 26, связанные с началами временных интервалов действия принимаемых сигналов. Кодирование этих величин производится, например, в двоичном коде. Опрос кодовых комбинаций со всех каналов блока обработки информации 19 осуществляется интерфейсом 27 персонального компьютера 28 с дисплеем, на который подается сигнал текущего времени с таймера 26 также в двоичном коде. С помощью персонального компьютера 28 производится по соответствующей программе обработка принимаемых кодовых последовательностей с выхода интерфейса 27, который опрашивает информацию со всех mn ячеек фотоприемной матрицы 15 с высокой скоростью. После цикла опроса кодовая информация в канальных запоминающих устройствах 23 стирается, и они готовы для последующих записей новой информации. Интервал цикла опроса всех N=mn ячеек фоточувствительной матрицы 15 выбран так, что он превышает наиболее длинный по времени интервал бликового отражения, чтобы не утратить информацию о размере этого интервала стиранием полученной кодовой информации. Например, если наиболее длинный по времени интервал действующего блика равен ΔT_MAX то время опроса каждой ячейки фоточувствительной матрицы Δt должно удовлетворять очевидному неравенству Δt≤ΔT_MAX/mn. Так, если ΔT_MAX=5 мс, то при mn=10⁵ (при m=400 и n=250) получим Δt≤50 нс. Это означает, что полоса пропускания фоточувствительных ячеек и усилителей 20 должна быть не хуже ΔF=20 МГц, что вполне согласуется с современными техническими возможностями фотоприемных устройств, например, выполненных на охлаждаемом жидким азотом соединении КРТ (кадмий-ртуть-теллур) при использовании СО₂ одночастотных лазеров непрерывного действия (с длиной волны 10,6 мкм). Повышению пороговой чувствительности таких фотоприемных устройств способствует их работа в гомодинном режиме фотосмешения. Известные фотоприемные устройства на КРТ для диапазона 10,6 мкм имеют полосу пропускания порядка 100 МГц и выше, что позволяет увеличить число ячеек mn фоточувствительной матрицы 15 до 10⁶ и выше. Это позволяет увеличить разрешающую способность устройства по угловым координатам.Due to the excitement of the sea surface, glare reflections are formed that act on the receiving lens 14, which contains a lens with a large aperture D ₂ >> D ₁ and with a small central aperture, in the image plane of which a photosensitive matrix 15 is placed (at L >>> F, where F - focal length of the receiving lens 14, the image plane practically coincides with the focal plane of the receiving lens). The receiving path also contains an additional low-aperture negative (scattering) lens 18 of the homodyne channel, combined with the optical axis of the receiving lens. Homodyne radiation is generated using a dividing optical cell 16, a dull reflector 17 located in front of the hole in the receiving lens, and the forming homodyne beam is incident on all mn cells of the photodetector matrix 15, providing homodyne mixing. The photodetector matrix 15 contains m columns and n rows, and their number determines the resolution of the device in angular coordinates - respectively, elevation and azimuth. At the same time, the cells of the photodetector array 15 can detect glare from different parts of the sea surface. Therefore, further processing of information about the received signal group is carried out in a multi-channel information processing unit 19, the number of channels in which is equal to mn. All channels are identical and contain series-connected channel amplifiers 20, channel amplitude detectors 21, channel threshold devices with an adjustable threshold of at least 22 and channel memory devices 23, the latter including series-connected time interval meters of the received signals 24 and encoders 25, using which codes are generated for the duration of the intervals of action of the received signals and the moments of the current time specified by the timer 26 associated with the beginnings of time intervals of action of the received signals. The coding of these quantities is performed, for example, in binary code. The interrogation of code combinations from all channels of the information processing unit 19 is carried out by the interface 27 of the personal computer 28 with a display, to which the current time signal from the timer 26 is supplied also in binary code. Using a personal computer 28, the received code sequences are processed according to an appropriate program from the output of the interface 27, which interrogates information from all mn cells of the photodetector matrix 15 at high speed. After a polling cycle, the code information in the channel memory 23 is erased, and they are ready for subsequent recordings of new information. The interval of the polling cycle of all N = mn cells of the photosensitive matrix 15 is chosen so that it exceeds the longest time interval of flare reflection so as not to lose information about the size of this interval by erasing the received code information. For example, if the longest effective glare interval is ΔT _MAX, then the polling time of each cell of the photosensitive matrix Δt should satisfy the obvious inequality Δt≤ΔT _MAX / mn. So, if ΔT _MAX = 5 ms, then for mn = 10 ⁵ (for m = 400 and n = 250) we obtain Δt≤50 ns. This means that the bandwidth of photosensitive cells and amplifiers 20 should be no worse than ΔF = 20 MHz, which is consistent with the modern technical capabilities of photodetectors, for example, made on a KRT (cadmium-mercury-tellurium) liquid nitrogen compound using CO ₂ single-frequency continuous-wave lasers (with a wavelength of 10.6 microns). The threshold sensitivity of such photodetector devices is enhanced by their operation in the homodyne mode of photo mixing. Known CMT photodetectors for the range of 10.6 μm have a passband of the order of 100 MHz and higher, which allows to increase the number of cells mn of the photosensitive matrix 15 to 10 ⁶ and higher. This allows you to increase the resolution of the device in angular coordinates.

Формирование кодов в кодирующих устройствах 25 должно завершаться за время порядка Δt≤50 не для рассмотренного выше примера, что также легко осуществимо. Если такт работы таймера текущего времени 26 принять равным 50 нс, то легко понять, что максимально возможный двоичный код интервала времени действия принимаемого сигнала бликового отражения имеет размер числа mn. Для рассматриваемого примера при mn=10⁵ число двоичных разрядов для отображения интервалов времени и момента текущего времени, сопряженного с началом этого интервала времени, равно k=2 log₂ (mn), то есть для данного примера имеем k=34 (17 двоичных разрядов для отображения интервала времени действия сигнала и 17 разрядов для отображения момента времени начала измеряемого интервала времени). Разрядность в кодирующих устройствах 25 может быть снижена, если снизить требования по разрешающей способности по времени. Например, на порядок, то есть с временным разрешением 0,5 мкс. Тогда число разрядов в кодирующих устройствах снизится до величины k=2 log₂ (mn/10)=26 (по 13 разрядов для двух измеряемых величин).The formation of codes in the encoding devices 25 should be completed in a time of the order of Δt≤50 not for the above example, which is also easily feasible. If the clock cycle of the current time timer 26 is taken to be 50 ns, it is easy to understand that the maximum possible binary code of the time interval of the action of the received reflection signal has the size of the number mn. For the considered example, with mn = 10 ^{5, the} number of binary digits for displaying the time intervals and the moment of the current time associated with the beginning of this time interval is k = 2 log ₂ (mn), i.e., for this example, we have k = 34 (17 binary digits to display the time interval of the signal and 17 bits to display the time of the beginning of the measured time interval). The resolution in the encoding devices 25 can be reduced if the requirements for resolution in time are reduced. For example, an order of magnitude, that is, with a time resolution of 0.5 μs. Then the number of bits in the encoding devices will decrease to k = 2 log ₂ (mn / 10) = 26 (13 bits each for two measured quantities).

В персональном компьютере 28 происходит обработка полученной информации о времени регистрации бликовых отражений и длительности этих бликов. При этом решается вопрос, сколько бликовых отражений перекрывается по времени, какова длительность времени перекрытия для пары бликовых сигналов, для трех и более одновременно действующих бликовых отражений и каково время перекрытия для таких групп бликовых отражений (на рис.1 и 2 указано пять бликовых переотражений). Эта информация является важной для построения лазерных доплеровских локаторов, действие которых основано на заявленном ранее способе [13]. Эта информация накапливается в базе данных персонального компьютера (в его жестком диске) для различных условий волнения морской поверхности - от штиля до бури, а также при разных расстояниях L.In the personal computer 28, the processing of the received information about the time of registration of glare reflections and the duration of these glares occurs. In this case, the question is solved of how many glare reflections overlap in time, what is the duration of the overlap time for a pair of glare signals, for three or more simultaneously acting glare reflections, and what is the overlap time for such groups of glare reflections (Fig. 1 and 2 indicate five glare reflections) . This information is important for the construction of laser Doppler locators, the action of which is based on the previously stated method [13]. This information is accumulated in the database of a personal computer (in its hard disk) for various conditions of sea surface disturbance - from calm to storm, as well as at different distances L.

На рис.2 для простоты не показаны органы юстировки приемного и передающего трактов локационного устройства по угловым координатам. Вместо морского залива может быть использован водный бассейн с устройством, имитирующим волнение водной поверхности различной (регулируемой) интенсивности и частоты. Так, повышение частоты волнений водной поверхности в известной мере компенсирует фактор неподвижности макета ракеты, поскольку при ее реальном быстром движении над поверхностью моря (для ракеты типа «Гарпун» эта скорость составляет порядка 300 м/с) существенно сокращается время действия бликовых переотражений.For simplicity, Fig. 2 does not show the alignment organs of the receiving and transmitting paths of the location device in angular coordinates. Instead of a sea bay, a water pool can be used with a device that simulates the waves of a water surface of various (adjustable) intensities and frequencies. Thus, an increase in the frequency of waves of the water surface to a certain extent compensates for the immobility factor of the rocket model, since with its real fast movement above the sea surface (for a Harpoon-type rocket, this speed is about 300 m / s), the duration of the flare rereflection is significantly reduced.

Вычисление вероятности регистрации групп одновременно действующих бликовых переотражений возложено на работу персонального компьютера 28 по соответствующей программе и со статистическим усреднением получаемых измерений. Отображение информации, например, в форме графиков вероятностей осуществляется с помощью дисплея и может быть задокументировано подключением принтера или плоттера.The calculation of the probability of registering groups of simultaneously operating glare reflections is assigned to the operation of the personal computer 28 according to the corresponding program and with statistical averaging of the obtained measurements. Information is displayed, for example, in the form of probability graphs using a display and can be documented by connecting a printer or plotter.

Использование заявленного технического решения является необходимой составной частью синтеза лазерных доплеровских локаторов с высоким энергетическим потенциалом, измеряющих все существенные локационные параметры низколетящих крылатых ракет морского базирования.The use of the claimed technical solution is a necessary component of the synthesis of laser Doppler locators with high energy potential, which measure all the essential location parameters of low-flying cruise missiles of sea-based.

ЛитератураLiterature

1. Фильтры на поверхностных акустических волнах / Под ред. Г.Мэттьюза. M.: Сов. радио, 1981, 472 с.1. Filters on surface acoustic waves / Ed. G. Matthews. M .: Sov. Radio 1981, 472 pp.

2. Тверской В.И. Дисперсионно-временные методы измерения спектров радиосигналов. M.: Сов. радио, 1974, 240 с.2. Tverskoy V.I. Dispersion-time methods for measuring the spectra of radio signals. M .: Sov. Radio, 1974, 240 p.

3. Джек А.А., Грант П.М., Коллинз Дж.Х. Теория проектирования и применение Фурье-процессоров на поверхностных акустических волнах. ТИИЭИР, 1980, №4, р.22-43.3. Jack A.A., Grant P.M., Collins J.H. Design theory and application of Fourier processors based on surface acoustic waves. TIIER, 1980, No. 4, p. 22-43.

4. Меньших О.Ф. Формирователь сложных линейно-частотно-модулированных сигналов. Авт. свид. СССР №1302987, 1985.4. Smaller O.F. Shaper of complex linear-frequency-modulated signals. Auth. testimonial. USSR No. 1302987, 1985.

5. Меньших О.Ф. Способ анализа спектра сигналов. Авт. свид. СССР №1817554, 1988.5. Smaller O.F. A method of analyzing the spectrum of signals. Auth. testimonial. USSR No. 1817554, 1988.

6. Меньших О.Ф. Измеритель частоты сигналов лазерного доплеровского локатора. Авт. свид. СССР №1621728, 1988.6. Smaller O.F. Laser Doppler Locator signal frequency meter. Auth. testimonial. USSR No. 1621728, 1988.

7. Меньших О.Ф. Измеритель частоты сигналов лазерного доплеровского локатора. Авт. свид. СССР №1621729, 1988.7. Smaller O.F. Laser Doppler Locator signal frequency meter. Auth. testimonial. USSR No. 1621729, 1988.

8. Меньших О.Ф. Спектроанализатор лазерного доплеровского локатора. Авт. свид. СССР №1595219, 1988.8. Smaller O.F. Laser analyzer Doppler locator. Auth. testimonial. USSR No. 1595219, 1988.

9. Меньших О.Ф. Лазерный доплеровский локатор. Авт. свид. СССР №1741553, 1990.9. Smaller O.F. Laser Doppler Locator. Auth. testimonial. USSR No. 1741553, 1990.

10. Меньших О.Ф. Способ обнаружения детерминированного радиосигнала. Авт. свид. СССР №1828280, 1991.10. Smaller O.F. A method for detecting a deterministic radio signal. Auth. testimonial. USSR No. 1828280, 1991.

11. Меньших О.Ф. Обнаружитель лазерного доплеровского локатора. Патент РФ №1805756, 1991.11. Smaller O.F. Laser Doppler Locator Detector. RF patent No. 1805756, 1991.

12. Меньших О.Ф. Обнаружитель лазерного доплеровского локатора. Авт. свид. СССР №1829640, 1991.12. Smaller O.F. Laser Doppler Locator Detector. Auth. testimonial. USSR No. 1829640, 1991.

13. Меньших О.Ф. Способ локации. Патент РФ №2296350, бюлл. №9 от 27.03.2007.13. Smaller O.F. Location method. RF patent No. 2296350, bull. No 9 on 03/27/2007.

14. Меньших О.Ф. Лазерный доплеровский локатор. Патент РФ №2335785, бюлл. №28 от 10.10.2008.14. Smaller O.F. Laser Doppler Locator. RF patent No. 2335785, bull. No. 28 dated 10/10/2008.

15. Меньших О.Ф. Лазерный когерентный локатор. Патент РФ №2352958, бюлл. №11 от 20.04.2009.15. Smaller O.F. Laser coherent locator. RF patent No. 2352958, bull. No. 11 of 04/20/2009.

16. Меньших О.Ф. Анализатор спектра сигналов. Патент РФ №2315327, бюлл. №02 от 20.01.2008.16. Smaller O.F. Signal spectrum analyzer. RF patent No. 2315327, bull. No. 02 dated January 20, 2008.

17. Меньших О.Ф. Рециркуляционный накопитель пачки взаимно когерентных радиоимпульсов. Патент РФ №2314638, бюлл. №01 от 10.01.2008.17. Smaller O.F. Recirculation drive pack of mutually coherent radio pulses. RF patent No. 2314638, bull. No. 01 dated January 10, 2008.

18. Меньших О.Ф. Обнаружитель радиоимпульсного сигнала. Патент РФ №2310882, бюлл. №32 от 20.11.2007.18. Smaller O.F. Pulse Detector. RF patent No. 2310882, bull. No 32 on 11/20/2007.

Источники патентной информацииSources of Patent Information

RU 2012013 C1 от 30.04.1994, RU 2152056 C1 от 27/06/2000,RU 2012013 C1 dated 30.04.1994, RU 2152056 C1 dated 27/06/2000,

GB 1318475 A от 31.05.1973, US 3765768 A от 16.10.1973,GB 1318475 A dated 05/31/1973, US 3,765,768 A dated 10/16/1973,

JP 56143974 A от 10.11.1981.JP 56143974 A dated 11/10/1981.

Claims

1. A method for recording the statistical distribution of reflections of laser radiation from a low-flying rocket by glare of the sea surface, using coherent reception and processing of radiation reflected from several simultaneously acting glare of the sea surface near the low-flying rocket, arriving at the photodetector from different randomly distributed angular directions, characterized in that the missile model is installed at a given height above the surface of the water basin, for example, the sea bay, and the location the equipment is installed on a moving trolley, which is transported by land, for example, on a railway track, the transmitting and receiving paths of the location equipment are pre-aligned along a single optical axis, then the transmitting and receiving channels of the location equipment are oriented to a slightly aperture angle reflector, which is fixed in the bow of the missile’s layout, register the reception of the reflected signal in the center of the receiving photosensitive matrix, after which I orient the receiving channel of the location equipment t to the water surface area under the rocket model with a shift in elevation Δε, the value of which is calculated by the formula Δε = H / L, where L is the distance between the location equipment and the aperture angle reflector of the rocket model; H is the height of the rocket model relative to the water surface, and then a series of measurements of the glare radiation groups generated from the scattering of the probe radiation by the side surface of the rocket model is carried out using a receiving photosensitive matrix associated with a multi-channel information processing unit, and the received information is processed in a recording device, for example in a personal computer with a display monitor, as a result of which a database is formed for its subsequent statistical averaging and calculation of the corresponding etstvuyuschih probabilities furthermore these measurements are performed at different distances L and under different conditions of agitation of the water surface with the ability to simulate the artificial emotion corresponding band disturbances during calm and storm.

2. A device for recording the statistical distribution of re-reflections of laser radiation from a low-flying rocket by glare of the sea surface, containing a single-frequency CO ₂ laser with a transmitting telescope, a receiving lens coaxially placed in the transmitting channel, in the focal plane of which a photosensitive matrix is mounted on a triple junction cooled with liquid nitrogen " cadmium-mercury-tellurium ”operating in the homodyne mode of coherent reception using a small part of laser radiation and lens, as well as a multi-channel information processing unit, each channel of which includes channel amplifiers, an amplitude detector and a threshold device with an adjustable threshold for minimizing the series sequentially connected to the cells of the photosensitive matrix, and a recording device, for example a personal computer with a display, characterized in that the device taken displaceable on horizontal track or trolley railway line, single-frequency radiation of a CO ₂ laser with a small angular raskhodimos They are aimed at a prototype of a low-flying rocket mounted at a certain height above the level of the sea gulf on a special support and equipped with a small aperture angular reflector in the bow of the rocket’s prototype, the field of view of the receiving path is optically connected with that part of the water surface onto which laser radiation scattered by the missile’s prototype falls, and on which chaotically distributed flare reflections occur, and the channels of the multichannel information processing unit include sequentially connected with the outputs of the channel horn devices, channel storage devices that record the duration of the received signals and the time moments of the registered time intervals of the existence of the received signals, as well as displaying these time parameters in binary codes, and the outputs of the channel storage devices act on the interface of a recording device, for example, a personal computer with a display associated with timer, the timer output is connected to additional inputs of channel storage devices, which include sequentially with yazannye measuring time signal received by the action interval and the encoding apparatus, and a personal computer interface device includes a high-speed serial polling code channel data storage devices.