RU134309U1

RU134309U1 - SELF-PROPELLED INSTALLATION OF DETECTION, LIGHTING AND MONITORING OF TARGETS, GUIDING AND LAUNCHING OF MISSILE ANTI-MISSILE COMPLEX

Info

Publication number: RU134309U1
Application number: RU2013110745/11U
Authority: RU
Inventors: Александр Петрович Никитин; Александр Викторович Коннов; Таисия Васильевна Милорадова; Елена Константиновна Солдатова; Виктория Валерьевна Чепелева; Ирина Валентиновна Кулешова; Лидия Михайловна Струина; Людмила Ивановна Дудукина; Владимир Михайлович Климов
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Торий"
Priority date: 2013-03-12
Filing date: 2013-03-12
Publication date: 2013-11-10

Abstract

1. Самоходная огневая установка обнаружения, подсвета и сопровождения целей, наведения и пуска ракет зенитного ракетного комплекса, содержащая радиолокационную станцию, антенну, поворотную пусковую установку с ракетами, а также систему позиционирования и передачи команд, отличающаяся тем, что на установке размещена лазерная система локации и уничтожения воздушных средств на базе волноводного УФ лазера с накачкой СВЧ излучением, причем электронная лампа накачки лазера подключена к блоку питания радиолокационной станции через коммутатор, позволяющий при боевой работе выбирать способ локации и способ поражения целей.2. Самоходная установка по п.1, отличающаяся тем, что на ее поверхности размещены неподвижные высокочувствительные УФ сенсоры, причем области обзора отдельных сенсоров перекрываются, формируя единое поле обзора.1. Self-propelled firing installation for detecting, illuminating and tracking targets, guiding and launching anti-aircraft missile system missiles, comprising a radar station, antenna, rotary launcher with missiles, as well as a positioning and command transmission system, characterized in that the installation has a laser location system and destruction of airborne equipment based on a waveguide UV laser pumped by microwave radiation, the laser pumping lamp being connected to the power supply unit of the radar station through a switch p, allows for a combat operation to choose a way to locate and defeat the way tseley.2. The self-propelled installation according to claim 1, characterized in that motionless, highly sensitive UV sensors are placed on its surface, and the field of view of the individual sensors overlap, forming a single field of view.

Description

Предлагаемое техническое решение относится к области оборонной техники, в частности зенитно-ракетным комплексам (ЗРК), и может быть использовано для организации противовоздушной обороны. На современном уровне развития техники основным источником информации о воздушной обстановке является локационная станция работающая в радиочастотном (радиолокационная станция - РЛС) или оптическом диапазоне (лидар, оптический локатор - ОЛ) электромагнитного излучения. Основным условием организации эффективного противодействия массированному удару беспилотных и пилотируемых средств воздушного нападения в настоящее время является эшелонированное построение средств противовоздушной обороны объектов - ЗРК большой, средней и малой дальности. Тактика современной авиации предусматривает обязательный вывод из строя локационных станций, что может быть сделано посредством огневого подавления или постановкой помех, исключающих возможность нормального функционирования локатора. Массированное применение крылатых ракет и противорадиолокационных ракет в условиях широкого применения активных помех не гарантируют уничтожения всех воздушных средств поражения противника при прохождении ими эшелонов обороны. Поэтому для ЗРК средней дальность появляется, во-первых, задача поражения значительного числа целей, атакующих на предельно малых высотах, обнаружение которых происходит на дальностях, близких к минимальной дистанции поражения ЗРК. Во-вторых - удержания на максимальной дистанции пилотируемых целей, выполняющих боевую задачу без захода в зону поражения ЗРК (самолеты разведчики, постановщики активных помех, носители беспилотных средств поражения), что требует, в частности, повышения помехозащищенности и дальности обзора ЗРК.The proposed technical solution relates to the field of defense technology, in particular anti-aircraft missile systems (SAM), and can be used to organize air defense. At the current level of technological development, the main source of information about the air situation is a radar station operating in the radio frequency (radar station - radar) or optical range (lidar, optical locator - OL) electromagnetic radiation. The main condition for organizing effective counteraction to the massive attack by unmanned and manned air attack systems is currently layered construction of air defense systems of objects - air defense systems of long, medium and short range. The tactics of modern aviation provide for the mandatory failure of location stations, which can be done by fire suppression or by jamming, eliminating the possibility of the normal functioning of the locator. The massive use of cruise missiles and anti-radar missiles in the face of widespread use of active interference does not guarantee the destruction of all air means of destruction of the enemy during the passage of defense echelons. Therefore, for medium-range air defense systems, first of all, the task of defeating a significant number of targets attacking at extremely low altitudes appears, the detection of which occurs at ranges close to the minimum distance to destroy air defense systems. Secondly, keeping manned targets at a maximum distance that perform a combat mission without entering the air defense zone (reconnaissance aircraft, active jammers, unmanned aerial vehicles), which requires, in particular, increasing the noise immunity and range of the air defense system.

Например, известен зенитный ракетный комплекс "ХОК", (Wehrtechnik, 1977, 1-2), который можно назвать аналогом предлагаемой модели, содержащий РЛС обнаружения воздушных целей, систему управления огнем, РЛС сопровождения и подсвета цели. Наличие двух РЛС, с разными рабочими частотами, повышает помехоустойчивость комплекса, однако приводит к необходимости иметь два высокочастотных передатчика каждый со своим источником питания и мощными электровакуумными приборами в выходных каскадах. Другим недостатком является то, что при современном развитии средств радиопротиводействия разнос частот в радиодиапазоне не позволяет значительно повысить эффективность ЗРК.For example, the KHOK anti-aircraft missile system (Wehrtechnik, 1977, 1-2) is known, which can be called an analogue of the proposed model, which contains radar for detecting air targets, a fire control system, radar tracking and target illumination. The presence of two radars with different operating frequencies increases the noise immunity of the complex, however, it leads to the need to have two high-frequency transmitters each with its own power source and powerful electrovacuum devices in the output stages. Another disadvantage is that with the modern development of radio countermeasures, the separation of frequencies in the radio range does not significantly increase the effectiveness of air defense systems.

Большую эффективность разнос часто передатчиков показывает в оптическом диапазоне частот. Например, самоходный лазерный комплекс 1К17 «Сжатие» (Популярная механика, №1 2011 г), который также можно считать аналогом предлагаемой модели, имел 12 оптических лазерных каналов, что позволяло сделать систему многоканальной. Комплекс предназначался для поражения оптических систем противника, и использование оптического излучения с разными длинами волн позволяло снизить эффективность защитных, средств поражаемого объекта. К достоинствам можно отнести минимальную дальность поражения целей. К недостаткам - значительное снижение дальности обнаружения целей при плохих атмосферных условиях и применение дымовых средств маскировки.Frequency spacing is often shown by transmitters in the optical frequency range. For example, the 1K17 Compression self-propelled laser system (Popular Mechanics, No. 1 of 2011), which can also be considered an analogue of the proposed model, had 12 optical laser channels, which made it possible to make the system multi-channel. The complex was intended to destroy the enemy’s optical systems, and the use of optical radiation with different wavelengths allowed to reduce the effectiveness of the protective means of the target. The advantages include the minimum range of destruction of targets. The disadvantages are a significant reduction in the detection range of targets in bad atmospheric conditions and the use of smoke masking tools.

Другим аналогом можно считать систему ADAM (), предназначенную для уничтожения беспилотных самолетов и ракет на дальностях до 2 километров. Лазер установки имеет выходную мощность до 10 кВт и работает в ИК диапазоне.Another analogue can be considered the ADAM () system, designed to destroy unmanned aircraft and missiles at ranges up to 2 kilometers. The installation laser has an output power of up to 10 kW and operates in the infrared range.

Прототипом предлагаемой самоходной установки можно считать ЗРК серии БУК (Военный парад 1997, 1, стр.28-32), различных модификаций. В состав комплекса, в частности, включена станция обнаружения целей и несколько самоходных огневых установок имеющих в своем составе лазерные дальномеры. К достоинствам прототипа можно отнести наличие нескольких радиолокационных станций, возможность пассивной локации в оптическом диапазоне и использование другой самоходной огневой установки для подсвета цели (пат. РФ 2363911). К недостаткам -невозможность поражения средств нападения на сверхмалых расстояниях средствами комплекса и недостаточная предельная дальность обнаружения целей.The prototype of the proposed self-propelled installation can be considered as an air defense missile system of the BUK series (Military Parade 1997, 1, p. 28-32), of various modifications. The complex, in particular, includes a target detection station and several self-propelled firing systems incorporating laser rangefinders. The advantages of the prototype include the presence of several radar stations, the possibility of passive location in the optical range and the use of another self-propelled firing system to illuminate the target (US Pat. RF 2363911). The disadvantages are the impossibility of hitting attack facilities at ultra-short distances by the complex’s means and the insufficient ultimate range of target detection.

Техническим результатом предлагаемого решения является создание самоходной установки обнаружения, подсвета и сопровождения целей, наведения и пуска ракет мобильного ЗРК, обеспечивающей в условиях сильных электромагнитных помех и интенсивного огневого подавления средств ПВО боевую работу станции по скоростным и малозаметным средствам воздушного нападения при сверхмалых дальностях и обеспечивающей, при совместной работе с другими установками, увеличение дальности обнаружения целей, включая изготовленные по технологии стеле.The technical result of the proposed solution is the creation of a self-propelled installation for detecting, illuminating and tracking targets, guiding and launching missiles of a mobile air defense system, which, under conditions of strong electromagnetic interference and intense fire suppression of anti-aircraft defense systems, will perform combat work of the station in high-speed and inconspicuous means of air attack at ultra-short ranges and ensure when working together with other installations, increasing the detection range of targets, including those made using stele technology.

Технический результат достигается тем, что на самоходной огневой установке обнаружения, подсвета и сопровождения целей, наведения и пуска ракет мобильного ЗРК, содержащей радиолокационную станцию, антенну, пусковую установку с ракетами, а также систему позиционирования и передачи команд размещена лазерная система локации и уничтожения воздушных средств на базе волноводного УФ лазера с накачкой СВЧ излучением, причем электронная лампа накачки лазера подключена к блоку питания радиолокационной станции через коммутатор, позволяющий при боевой работе выбирать между оптическим и СВЧ излучением.The technical result is achieved by the fact that on a self-propelled firing installation for detecting, illuminating and tracking targets, guiding and launching missiles of a mobile air defense system containing a radar station, antenna, missile launcher with missiles, as well as a positioning and command transmission system, a laser system for locating and destroying air assets is placed based on a waveguide UV laser pumped by microwave radiation, and the laser pump electronic lamp is connected to the power supply unit of the radar station through a switch that allows combat operation to choose between optical and microwave radiation.

Использование УФ диапазона для целей локации и поражения целей имеет ряд преимуществ. Излучение УФ диапазона с длиной волны менее волн 0,25 мкм сильно поглощается атмосферным кислородом. Солнечное излучение с длиной волны менее 0,3 мкм экранируется озоновым слоем атмосферы на высоте около 20 км. Реактивные двигатели летательных аппаратов являются источниками излучения с широким спектром, включающий УФ диапазон. Таким образом, в диапазоне 0,25…0,30 мкм при достаточной прозрачности отсутствует естественный солнечный фон, поэтому УФ сигнал шлейфа ракеты можно обнаружить пассивными сенсорами на большой дальности на бесшумном фоне при отсутствии активных помех, поскольку в настоящее время отсутствуют отстреливаемые ультрафиолетовые ловушки, создающие помехи системам наведения, аналогично тепловым ловушкам. УФ диапазон используется в настоящее время в системе обнаружения выстрела ракет AAR-60, применяемой на вертолетах армии США.Using the UV range for location and targeting purposes has several advantages. UV radiation with a wavelength less than 0.25 μm is strongly absorbed by atmospheric oxygen. Solar radiation with a wavelength of less than 0.3 microns is shielded by the ozone layer of the atmosphere at an altitude of about 20 km. Jet engines of aircraft are sources of radiation with a wide spectrum, including the UV range. Thus, in the range of 0.25 ... 0.30 μm, with sufficient transparency, there is no natural solar background, therefore, the UV signal of the missile plume can be detected by passive sensors at long range against a noiseless background in the absence of active interference, since there are currently no shooting ultraviolet traps, interfering with guidance systems, similar to thermal traps. The UV range is currently used in the AAR-60 missile shot detection system used on US Army helicopters.

Для поражения целей системы УФ диапазона также обладают преимуществами по сравнению с существующими ИК системами. Коэффициент отражения от металлов в УФ диапазоне меньше чем в ИК диапазоне. Титан, широко применяемый при изготовлении летательных аппаратов, отражает до 80% ИК излучения, и менее 20% УФ излучения. Следовательно, система с УФ лазером имеет повышенную боевую эффективность по сравнению с существующими ИК лазерными системами.To hit targets, UV range systems also have advantages over existing IR systems. The reflection coefficient from metals in the UV range is less than in the IR range. Titanium, widely used in the manufacture of aircraft, reflects up to 80% of IR radiation, and less than 20% of UV radiation. Consequently, a system with a UV laser has increased combat efficiency compared to existing IR laser systems.

Учитывая, что лазер в предлагаемой модели предназначен для локации и поражения целей на малых расстояниях, зависимостью поглощения УФ излучения в атмосфере от длины волны можно пренебречь, и выбор конкретного значения частоты лазера в УФ диапазоне будет определяться другими факторами, что не является предметом настоящей заявки. Применение волноводного УФ лазера с СВЧ накачкой позволяет повысить выходную мощность лазера за счет высокой эффективности СВЧ ламп накачки достигнутой в настоящее время.Considering that the laser in the proposed model is intended for location and target destruction at short distances, the dependence of the absorption of UV radiation in the atmosphere on the wavelength can be neglected, and the choice of a specific laser frequency in the UV range will be determined by other factors, which is not the subject of this application. The use of a waveguide UV laser with microwave pumping allows you to increase the output power of the laser due to the high efficiency of microwave pump lamps achieved at present.

Устройство и принцип действия конструкции поясняется рисунком. На фиг.1 приведена схема предложенной самоходной установки, па которой цифрами обозначены следующие узлы:The device and the principle of operation of the structure is illustrated in the figure. Figure 1 shows a diagram of the proposed self-propelled installation, na which numbers indicate the following nodes:

1 - поворотная пусковая установка;1 - rotary launcher;

2 - ракеты;2 - rockets;

3 - высоковольтный источник питания;3 - high voltage power supply;

4 - радиолокационная станция;4 - radar station;

5 - волноводный УФ лазер с СВЧ накачкой;5 - waveguide UV laser with microwave pumping;

6 - СВЧ лампа накачки лазера;6 - microwave laser pump lamp;

7 - коммутатор;7 - switch;

8 - антенна;8 - antenna;

9 - приемопередающая оптическая система лазера;9 - transceiver optical laser system;

10 - вычислительная система;10 - computing system;

11 - самоходное шасси;11 - self-propelled chassis;

12 - система позиционирования;12 - positioning system;

13 - приемные УФ сенсоры;13 - receiving UV sensors;

14 - аппаратура обмена данными с другими установками;14 - equipment for data exchange with other installations;

Самоходная огневая установка обнаружения, подсвета и сопровождения целей, наведения и пуска ракет мобильного ЗРК содержит поворотную пусковую установку 1 с ракетами 2, высоковольтный источник питания 3, радиолокационную станцию 4, волиоводный УФ лазер с СВЧ накачкой 5, СВЧ лампу накачки лазера 6, коммутатор 7, антенну 8, приемопередающая оптическую систему лазера 9, вычислительную систему 10. На самоходном шасси 11 установлена система позиционирования 12, приемные УФ сенсоры 13, и аппаратура обмена данными с другими установками 14.Self-propelled firing installation for detecting, illuminating and tracking targets, guiding and launching missiles of a mobile air defense system includes a rotary launcher 1 with missiles 2, a high-voltage power supply 3, a radar station 4, a waveguide UV laser with microwave pumping 5, a microwave laser pump lamp 6, switch 7 , an antenna 8, a laser transceiver optical system 9, a computer system 10. A self-propelled chassis 11 has a positioning system 12, UV receiving sensors 13, and data exchange equipment with other installations 14.

По пункту 1 формулы полезной модели при боевой работе с использовании локации в радиодиапазоне самоходная огневая установка работает идентично прототипу. При совместной работе нескольких установок с помощью аппаратуры 14 происходит обмен данными полученными системой позиционирования 12, и данными о воздушной обстановке. Переход к боевой работе с использованием излучения в УФ диапазоне происходит при невозможности боевой работы с использованием радиолокационной станции 4 (например высокий уровень помех в радиодиапазоне) или по следующему алгоритму: Радиолокационная станция 4 обнаруживает цель или данные о цели получены от других установок аппаратурой 14. Вычислительная система 10 в соответствии с алгоритмом работы установки определяет необходимость перехода к работе по цели с УФ излучением - лазерная локация или поражение цели, и выдает команду на коммутатор 7, который подключает СВЧ лампу накачки лазера 6 к высоковольтному источнику питания 3, включая тем самым УФ лазер с СВЧ накачкой 5. Одновременно вычислительная система 10 отключает радиолокационную станцию 4, при этом излучение сигнала антенной прекращается. УФ излучение передается на приемопередающаую оптическую систему 9. Первоначальное, в момент включения лазера, наведение и фокусировка излучения осуществляется по командам вычислительной системы. При лазерной локации вычислительная система снижает мощность УФ лазера до уровня, необходимого для устойчивой работы приемников системы 9 и обеспечивает сканирование и обработку отраженного сигнала для определения местоположения цели и передачи, при необходимости, информации о воздушной обстановке па другие установки. При переходе в режим поражения цели вычислительная система выдает команду на повышение мощности лазера до максимального уровня и передает сопровождение цели приемной части системы 9 по максимальному уровню отраженного сигнала, что обеспечивает максимально точное сопровождение маневрирующих целей. После поражения целей управление опять передается вычислительной системе.According to paragraph 1 of the utility model formula, in combat operations using locations in the radio range, a self-propelled firing system works identically to the prototype. When several installations work together using equipment 14, the data obtained by the positioning system 12 and the data on the air situation are exchanged. The transition to combat work using radiation in the UV range occurs when it is impossible to combat work using radar station 4 (for example, a high level of interference in the radio range) or according to the following algorithm: Radar station 4 detects a target or data about a target is received from other installations by equipment 14. Computing system 10 in accordance with the algorithm of the installation determines the need to switch to work on a target with UV radiation - a laser location or hit a target, and issues a command to switch atator 7, which connects the microwave pump laser lamp 6 to the high-voltage power supply 3, thereby including a UV laser pumped by microwave 5. At the same time, the computer system 10 turns off the radar station 4, while the radiation of the antenna signal ceases. UV radiation is transmitted to the transceiving optical system 9. Initially, at the time of the laser, the guidance and focusing of radiation is carried out according to the commands of the computer system. When laser ranging, the computing system reduces the power of the UV laser to the level necessary for the stable operation of the receivers of system 9 and provides scanning and processing of the reflected signal to determine the location of the target and transmit, if necessary, information about the air situation to other installations. Upon transition to the target hit mode, the computing system gives a command to increase the laser power to the maximum level and transmits target tracking of the receiving part of system 9 by the maximum level of the reflected signal, which ensures the most accurate tracking of maneuvering targets. After hitting targets, control is again transferred to the computing system.

Использование для накачки лазера СВЧ излучения радиолокационной станции может существенно ограничить выходную мощность УФ лазера, поскольку типичный уровень КПД РЛС мобильного ЗРК около 40%. Анализ высоковольтного источника питания прототипа и других разработанных в настоящее время высоковольтных источников питания показывает, что при использовании в качестве СВЧ лампы накачки лазера магнетрон с типичным КПД 80%, выходная мощность волноводного УФ лазера с СВЧ накачкой превысит уровень 10 кВт, при достигнутом в настоящее время 25% КПД лазера (Планарный СО₂ лазер с СВЧ накачкой. Минеев Л.П., Нефедов С.М., Пашинин П.П. Квантовая электроника. 37, №10, 2007 г.). Кроме того, эффективности воздействия УФ излучения на материалы летательных аппаратов выше по сравнению с ИК системами. Перечисленные выше факторы указывают на возможность создания и работоспособность самоходной огневой установки в соответствии с пунктом 1 формулы полезной модели.The use of a microwave radiation of a radar station for pumping a laser can significantly limit the output power of a UV laser, since the typical level of radar efficiency of a mobile air defense system is about 40%. Analysis of the high-voltage power supply of the prototype and other high-voltage power sources currently developed shows that when a magnetron with a typical efficiency of 80% is used as a microwave pump laser, the output power of a waveguide UV laser pumped by microwave will exceed 10 kW, at the present time 25% efficiency laser (CO ₂ planar microwave-pumped laser. Mineev LP Nefedov SM, Pashinin PP Quantum Electronics. 37, №10, 2007 YG). In addition, the effectiveness of UV radiation on aircraft materials is higher compared to IR systems. The factors listed above indicate the possibility of creating and operating a self-propelled firing system in accordance with paragraph 1 of the utility model formula.

В соответствии с пунктом 2 формулы полезной модели предлагается совместить активную локацию (в радио или оптическом диапазоне) и пассивную оптическую локацию. Так указанная выше система AAR-60 состоит из 4-6 приемных головок, обеспечивающих полное поле обзора в верхней полусфере с целью обнаружения атакующих ракет по излучению их шлейфа. УФ сенсоры позволяют обнаруживать летательные аппараты хорошо скрытые в радиочастотном и ИК диапазоне частот. Так, например, самолеты, разработанные с использованием стеле технологии, имеют малую заметность в ИК и радиодиапазоне, но их легко обнаружить в УФ диапазоне. Применение сенсоров с полным полем обзора вокруг установки позволить уменьшить время обнаружения средств поражения и исключить мертвые зоны при вращении поворотной пусковой установки (номер 1 на фиг.1). Максимального повышения дальности обнаружения можно добиться используя сверхчувствительные монофотонные сенсоры УФ диапазона (Разработка монофотонного сенсора ультрафиолетового диапазона с улучшенными характеристиками. С.Н.Степанов Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических паук. М. 2011 г.) Подобные сенсоры позволяют регистрировать отдельные фотоны и имеют разрешающую способность по дальности менее 1 метра, что позволяет применять их для обнаружения высокоманевренных летательных аппаратов, летящих на сверхмалых высотах. При одновременной работе с УФ лазером установки возможно получить 3-D изображение неизлучающего объекта, что позволит реализовать автоматическое распознавание типа целей. Современное развитие технологии производства УФ сенсоров указывает на возможность создания работоспособной самоходной огневой установки в соответствии с пунктом 2 формулы полезной модели.In accordance with paragraph 2 of the utility model formula, it is proposed to combine an active location (in the radio or optical range) and a passive optical location. So, the above AAR-60 system consists of 4-6 receiving heads, providing a full field of view in the upper hemisphere in order to detect attacking missiles by the radiation of their plume. UV sensors make it possible to detect aircraft well hidden in the radio frequency and infrared frequencies. For example, aircraft designed using stele technology have low visibility in the infrared and radio ranges, but they are easy to detect in the UV range. The use of sensors with a full field of view around the installation will reduce the time of detection of weapons and eliminate dead zones during rotation of the rotary launcher (number 1 in figure 1). The maximum increase in the detection range can be achieved using ultra-sensitive monophotonic sensors in the UV range (Development of a monophotonic sensor in the ultraviolet range with improved characteristics. S.N. Stepanov Thesis for the degree of candidate technical spider. M. 2011). Such sensors allow you to register individual photons and have range resolution of less than 1 meter, which allows them to be used to detect highly maneuverable aircraft flying on ultra-small heights. With simultaneous operation with a UV laser, it is possible to obtain a 3-D image of a non-emitting object, which will allow automatic recognition of the type of targets. The modern development of the technology for the production of UV sensors indicates the possibility of creating a workable self-propelled firing system in accordance with paragraph 2 of the utility model formula.

Claims

1. Self-propelled firing installation for detecting, illuminating and tracking targets, guiding and launching anti-aircraft missile system missiles, comprising a radar station, antenna, rotary launcher with missiles, as well as a positioning and command transmission system, characterized in that the installation has a laser location system and destruction of airborne equipment based on a waveguide UV laser pumped by microwave radiation, the laser pumping lamp being connected to the power supply unit of the radar station through a switch p, allows for a combat operation to choose the way location and the method of destruction of targets.

2. Self-propelled gun according to claim 1, characterized in that motionless highly sensitive UV sensors are placed on its surface, and the field of view of the individual sensors overlap, forming a single field of view.