RU192917U1 - Бортовой комплекс индивидуальной защиты летательного аппарата от управляемых ракет с оптическими головками самонаведения - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к бортовым комплексам индивидуальной защиты летательного аппарата от управляемых ракет с оптической головкой самонаведения путем постановки активных помех с борта атакуемого летающего аппарата.Отличительная особенность предлагаемого устройства состоит в том, что устройство модуляции излучения активной помехи выполнено на основе одного или нескольких микроэлектромеханических систем зеркал.Конструкция предлагаемого устройства обеспечивает повышение живучести защищаемого летательного аппарата в условиях применения противником управляемых ракет различного типа.

Description

Полезная модель относится к устройствам индивидуальной защиты летательного аппарата (ЛА) от управляемых ракет (УР) с оптическими головками самонаведения (ОГСН) мобильных зенитно-ракетных комплексов наземного базирования.

ОГСН является, по существу, оптоэлектронным прибором пассивного типа с одним (в частности, в ИК диапазоне спектра) или несколькими каналами связи (в частности, в ИК и УФ диапазонах спектра) «УР-ЛА» [1, 2], который предназначен для дискретного во времени получения информации об угловых координатах цели (атакуемого ЛА) посредством регистрации излучения от атакуемого ЛА (в частности, собственного теплового излучения ЛА и излучения фона в УФ диапазоне спектра) и выработки соответствующих сигналов в тракте управления полетом УР.

Комплекс индивидуальной защиты ЛА является, соответственно, аппаратурой оптоэлектронного противодействия (ОЭП) ОГСН УР. Под ОЭП принято понимать совокупность действий, направленных на снижение эффективности функционирования ОГСН УР и увеличение, соответственно, вероятности срыва наведения УР на цель (атакуемый ЛА). Одним из наиболее эффективных методов ОЭП ГСН УР в настоящее время принято считать дезинформирующее воздействие на ОГСН непосредственно с борта атакуемого ЛА [3]. В соответствии с общепринятой классификацией такие методы воздействия на ОГСН относятся к категории активных методов ОЭП, а реализующие такие методы воздействия устройства - к устройствам формирования активной помехи [4]. Противодействие таких устройств нормальному функционированию ОГСН УР основано на формировании на входной апертуре ОГСН атакующей УР активной помехи - излучения определенной структуры в спектральном диапазоне чувствительности ОГСН, которое при поступлении во входной тракт ОГСН и дальнейшем его преобразовании становится источником ложной информации о местонахождении атакуемого ЛА, несмотря на полную исправность ОГСН, что с необходимостью приводит к срыву УР на цель (ЛА) [5]. В состав бортовых комплексов индивидуальной защиты ЛА от УР входит устройство формирования излучения активной помехи. Устройство формирования излучения активной помехи состоит из источника излучения в спектральном диапазоне чувствительности ОГСН и устройства модуляции излучения источника для создания активной помехи, соответствующей сигналу от цели (излучению ЛА), формируемому на входной апертуре ОГСН УР.

Известен разработанный американской фирмой «Нортроп-Груман» бортовой комплекс ОЭП УР с ИК ОГСН AN/ALQ-140 и AN/ALQ-144. Указанный комплекс содержит устройство формирования излучения активной помехи, состоящее из источника излучения на основе черного тела и устройства модуляции с механическим прерывателем излучения, состоящего из одного или нескольких соосных вращающихся растров [4, 6, 7].

В работе [4] показано, что эффективность противодействия ОГСН атакующей УР посредством активной помехи существенно зависит от степени совпадения частоты модуляции излучения активной помехи и частоты модуляции излучения от цели (в частности, собственного ИК излучения ЛА), принятой в ОГСН УР. Следует, однако, отметить, что в реальных условиях эксплуатации бортового комплекса индивидуальной защиты ЛА по причине отсутствия достоверной информации о типе атакующей УР велика вероятность расхождения частоты модуляции помехового излучения и частоты модуляции излучения от цели, регистрируемой ОГСН атакующей УР. Это несовпадение частот модуляции с необходимостью приводит к увеличению времени воздействия имитирующей активной помехи на ОГСН атакующей УР, необходимого для срыва самонаведения УР на атакуемый ЛА, достигая в критическом случае величины сравнимой с временным интервалом, соответствующим минимальной дальности пуска УР [4], что, вообще говоря, абсолютно недопустимо. Компенсировать указанный недостаток функционирования бортового комплекса индивидуальной защиты ЛА от УР с ОГСН, как это указано в работе [4], можно за счет существенного (в десятки раз) превышения величины пиковой силы излучения активной помехи, над собственным излучением атакуемого ЛА. Таким образом одна из основных проблем при конструировании бортового комплекса индивидуальной защиты ЛА состоит в необходимости существенного, в десятки раз, превышения пиковой силы помехового излучения, попадающего на входную апертуру ОГСН атакующей ЛА УР, над собственным излучением ЛА.

Бортовому комплексу индивидуальной защиты от УР с ОГСН AN/ALQ-140 и AN/ALQ-144 присуще низкое соотношение превышения величины пиковой силы помехового излучения над собственным тепловым (ИК) излучением атакуемого ЛА (соотношение помеха/сигнал), а также отсутствие возможности изменения структуры помехового сигнала, поэтому комплекс обладает низкими параметрами эффективности защиты от современных УР с ОГСН.

Для устранения недостатков, присущих бортовому комплексу индивидуальной защиты от УР с ОГСН AN/ALQ-140 и AN/ALQ-144, американской фирмой «Нортроп-Груман» разработан бортовой комплекс индивидуальной защиты ЛА от УР с ОГСН - LAIRCM AN/AAQ-24 (v) [8]. Указанный комплекс, выбранный в качестве прототипа, содержит устройство формирования излучения активной помехи, состоящее из источника излучения на основе цезиевой лампы [9] и устройства модуляции излучения источника по известной схеме, принятой для газоразрядных ламп, т.е. путем модуляции разрядного тока лампы по частоте. В том числе, новизной данного бортового комплекса индивидуальной защиты ЛА от УР с ОГСН является наличие в источнике излучения светопреобразующей оптической системы направленного типа в виде зеркального отражателя, обеспечивающего концентрацию генерируемого лампой излучения в узкий луч. Благодаря наличию направленного излучения удается достигать высокой силы излучения помехового сигнала на входной апертуре ОГСН УР.

Основным недостатком данного комплекса являются ограничение по глубине модуляции структуры помехового сигнала, которая не превышает 97% и снижается с увеличением частоты модуляции. Данный эффект возникает вследствие нагрева элементов лампы и инерционности плазмы, генерируемой в лампе. При этом сила излучения в ИК диапазоне постоянной составляющей помехового сигнала складывается с излучением ЛА, приводя к снижению соотношения помеха/сигнал. Вследствие вышесказанного для сохранения требуемого соотношения помеха/сигнал необходимо увеличивать потребляемую мощность, что приводит к увеличению массогабаритных характеристик, а также сложности системы охлаждения источника излучения. К недостаткам данной системы модуляции по току также необходимо отнести отсутствие возможности достижения частот модуляции более 5 кГц с приемлемой глубиной модуляции, что ограничивает эффективность противодействия современным УР, оснащенных ОГСН с «розеточным сканированием» [2, 10, 11], и матричными фотоприемниками [12], обладающими высокой частотой модуляции излучения от цели (излучения атакуемого ЛА).

Задача, на решение которой направлена полезная модель, состоит в повышении функциональных возможностей устройства модуляции излучения для увеличения глубины и частоты модуляции, что, соответственно, позволяет увеличить соотношение сигнал/шум и частоту модуляции излучения активной помехи.

Технический результат заключается в повышении эффективности бортового комплекса индивидуальной защиты ЛА по критерию промаха атакующей УР при меньшем, чем в прототипе, превышении величины силы помехового излучения над собственным излучением атакуемого ЛА, а также в возможности противодействия УР с ОГСН с высокой частотой модуляции излучения от цели.

Заявляемый бортовой комплекс индивидуальной защиты ЛА от УР с ОГС, как и комплекс индивидуальной защиты ЛА, выбранный в качестве прототипа [8], содержит устройство формирования излучения активной помехи, состоящее из источника излучения, работающего в спектральном диапазоне чувствительности ОГСН УР, снабженного светопреобразующей оптической системой направленного типа, обеспечивающего концентрацию генерируемого излучения в узкий луч, и устройства модуляции излучения.

Отличие заявляемого бортового комплекса индивидуальной защиты ЛА от прототипа состоит в том, что устройство модуляции излучения выполнено на основе микроэлектромеханической системы (МЭМС) зеркал [13].

МЭМС зеркал состоит из подвижных зеркал, расположенных в виде матрицы на полупроводниковом чипе. Характерные размер и угол наклона зеркал составляют 10-20 мкм и ±10…12°, соответственно [14]. Каждое зеркало управляется независимо и может отражать световой поток в двух направлениях - на облучаемый объект или на светопоглощающий элемент. За счет применения МЭМС зеркал возможно реализовать модуляцию источника излучения с характеристиками глубины модуляции на уровне 99% на частотах до 30 кГц [15]. Для увеличения глубины модуляции до уровня 99,9% возможно применение второй МЭМС зеркал.

На фиг. 1 приведена оптическая схема варианта конкретного выполнения устройства формирования активной помехи бортового комплекса индивидуальной защиты ЛА от УР с ОГСН. В данном конкретном случае устройство формирования излучения активной помехи содержит источник излучения и устройство модуляции. Источник излучения со светопреобразующей оптической системой направленного типа, состоит из цезиевой лампы, эллиптического отражателя 1, оптические оси которых совпадают, а фокус эллиптического отражателя 1 и газоразрядный промежуток цезиевой лампы совмещены в точке 2, и преломляющей линзы 3. Модулирующее устройство состоит из МЭМС зеркал 4 и проекционного объектива 5.

Заявляемый бортовой комплекс индивидуальной защиты ЛА от УР с ОГСН работает следующим образом. Излучение, генерируемое в разрядном промежутке цезиевой лампы, находящемся в фокусе 2 эллиптического отражателя 1, с помощью преломляющей линзы 3 направляется на МЭМС зеркал 4. Подвижные зеркала матрицы МЭМС зеркал 4 имеют два положения, в одном из которых отраженное излучение через проекционный объектив 5 направляется на входную апертуру ОГСН УР, а во втором - на светопоглощающий элемент, выполненный, в частности, в виде алюминиевой черненой детали с конусным оребрением рабочей поверхности (на фиг. 1 не указан). Таким образом, изменением положения подвижных зеркал на матрице МЭМС осуществляется модуляция излучения и формирование активной помехи, направленной на атакующую УР с ОГСН.

Преимущество предлагаемого модулирующего устройства на основе МЭМС зеркал заключается в возможности увеличения глубины модуляции, а значит увеличения соотношения сигнал/шум и, следовательно, повышении эффективности бортового комплекса индивидуальной защиты ЛА по критерию промаха атакующей УР по сравнению с прототипом при одинаковом превышении пиковой силы излучения активной помехи на собственным излучением атакуемого ЛА. Кроме того, возможность увеличение частоты модуляции активной помехи позволяет, в отличие от прототипа, осуществлять противодействие УР с ОГСН с высокой частотой модуляции излучения от цели (излучения атакуемого ЛА).

Заявляемый бортовой комплекс индивидуальной защиты ЛА от УР с ОГСН может содержать устройство формирования излучения активной помехи, состоящее из источника излучения на основе газоразрядной лампы и модулирующего устройства, использующего модуляцию разрядного тока лампы по частоте и модуляцию с помощью МЭМС зеркал одновременно. В данном случае модулированное разрядным током излучение лампы дополнительно модулируется с помощью МЭМС зеркал в соответствии с описанной выше оптической схемой (фиг. 1)

Следует отметить, что использование МЭМС зеркал для управления световым потоком в проекторах графических презентаций известно [15], но применительно к системам формирования активных помех для бортовых комплексов индивидуальной защиты ЛА от УР с ОГСН такое решение применяется впервые.

Промышленная применимость заявляемого устройства определяется возможностью его многократного воспроизведения в процессе производства с использованием стандартного оборудования, современных материалов и технологий.

Источники информации

1. Лазарев Л.П. Оптико-электронные приборы наведения летательных аппаратов, М: Машиностроение, 1984.

2. US patent 4009393А.

3. ЗВО, 2002, №9, с. 35.

4. Самодергин В.А. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, НИИ «ЗЕНИТ», МЭП, 1988.

5. Мищук М.Н. Защита самолетов от ракет с тепловыми головками самонаведения, М.: Воениздат, 1982.

6. Якушенков Ю.Г., Луканцев В.Н., Колосов М.П. Методы борьбы с помехами в оптико-электронных приборах, М.: Радио и связь, 1981.

7. US patent 3169165А.

8. ЗВО, 2005, №12, с. 37.

9. US patent 4870316А.

10. US patent 4413177А.

11. Ronald G. Driggers, Encyclopedia of Optical Engineering: Pho-Z, стр. 2422-2426, 2003

12. James Jackman, Pre-Emptive Infrared Countermeasures, Cranfield University, 2011.

13. Ред. Michael Kriss, Handbook of Digital Imaging, стр. 739-750, John Wiley & Sons Ltd, 2015.

14. http://www.ti.com/lit/ds/symlink/dlp7000.pdf

15. P.F. Van Kessel et al, "A MEMS-Based Projection Display", Proc. of the IEEE, vol. 86, стр. 1687-1703 (1998).

Claims (2)

1. Бортовой комплекс индивидуальной защиты летательного аппарата от управляемых ракет с оптической головкой самонаведения, содержащий устройство формирования излучения активной помехи, состоящее из источника излучения, работающего в диапазоне спектральной чувствительности оптической головкой самонаведения, снабженного светопреобразующей оптической системой направленного типа, обеспечивающего концентрацию генерируемого излучения в узкий луч, и устройства модуляции излучения, отличающийся тем, что устройство модуляции выполнено на основе одного или нескольких микроэлектромеханических систем зеркал.

2. Бортовой комплекс индивидуальной защиты летательного аппарата от управляемых ракет с оптической головкой самонаведения по п. 1, отличающийся тем, что источник излучения выполнен на основе газоразрядной лампы, а устройство модуляции выполнено на основе модулятора разрядного тока лампы и одного или нескольких микроэлектромеханических систем зеркал.

Images