UA119171C2 - Пристрій реєстрації імпульсного лазерного випромінювання та визначення кутових координат опромінюючого лазера для захисту бронетехніки - Google Patents

Abstract

Винахід належить до засобів оптико-електронної протидії лазерним системам дальнометрії та наведення на ціль для захисту бронетехніки. Пристрій реєстрації імпульсного лазерного випромінювання та визначення кутових координат опромінюючого лазера для захисту бронетехніки розміщений у захисному корпусі та включає: приймальну оптичну систему, яка направляє вхідне лазерне випромінювання на багатоелементний блок піроелектричних сенсорів з підключеними каналами підсилювачів імпульсних сигналів зі смуговими фільтрами, виходи яких підключені до відповідних АЦП, процесор для обробки цифрових сигналів від сенсорів і видачі сигналів управління. Згідно з винаходом, для детектування лазерних імпульсів та визначення кутових координат джерела випромінювання багатоелементний блок сенсорів виконаний у вигляді лінійки тотожних елементів. При цьому поперечний розмір елемента стрічки лінійки L, діаметр фокусної плями D та ширина зазору між елементами лінійки d пов'язані співвідношенням L+2d(D(L+d. Всі виходи смугових фільтрів підключені до входу суматора сигналів, вихід якого через окремий АЦП з'єднаний зі входом процесора, до якого також підключено модуль пам'яті. Винахід забезпечує оперативно і надійно виявляти джерела лазерного випромінювання об’єктів бронетехніки.

Description

ППП ШИН НИ фени ШТ - пит я Ян п Я плин ДнннНнннННя ПЕД ИПИИ

ПИТИ ри і под ї Н я ІЯ ПИТИ ФО ди МИХ

ПИТ ї 1 З з ве НИ ї Кшя п щх Кох ПИ КИПІТИ : Винні я Ц 51 -Ї Я п : пи ВН ПИЛКИ

ВИШКИ | ї Ки Гідркоевн о ря весні й. фен Кр КК гне СПОН КИНИ

ПИПДИЙНИ ИН І Божу па о А і тт ОО хх ЗЕ МОШИЛИТ ИН ИдИЕИН

Еш ин нь 20 Меннжююєюююий ІЗ Клин 5 ї фл ВИ

Мо пл Кок Я В о Я ПТК яке : ПиШХ Шдитмин о нн ит шити о земне, т Пенн ння Е ЕУВнн ння дане пИПишИоВ рес 3 ї Кина ня Н : : х ІЗ ПИЛИП ТИН й й пл роя : і ї Кая Я Щ х ї х Я Я й

Я пд БВ кн Я се КИ х х ІЗ Я ШИНИ вдома рий да кекккккккфрх де Косососк В. же ак Б ДУ АВ : г ПП и

Годомоо ооо АННУ ри ше 1 ов ЗВВВаокі Ме у МИША о з їх на ТТ - Билини попиту

Пн . ї Х Я Її КЕ ЕЗШКЯ я х Е Е ПИЛИ й нн на ї фооеєєсеєсєєткняй п о ДН НЕ ВИН Кошетттитт нн ПЕ х ЖОЛОИОВ жов ЖК:

ПЕ ПК щу з фути ЗИМИ ПІД ян 3 ПИПЛВИ ЖИТИ КТ НУ Я ДУ

ПО ІК ПЕК З УК ; Е дигВ КИ Ме

ІДИ ї жи : З З . ІЗ ТЕО МЛИНКИ

ПІПДЛИЛНИН ИН Н 5 с я Кз їх ІЗ ПІДП НИХ

ПИЛИ Пл Н й : ТЕ Я ї ДИЛИ М п і Кк роз ІЗ ; х : ПИШЕ

Е Я Я х х нти, ї

Я І З Е Бі і В : В п

ІЙ ОЇ а 1 Її ж ЕЕ щи ї Я ї ї я :. п

Пиши Б щи олотви З а КУ не ані 5 ння і й пт її

ПЕВНЕ ВЕ ря в пр Б да нн аа пил ення

ДИНИ КОН сени сн ан Перо и нн т дя я: ПИ ПЕИ ТИХ

ДИКНИИИлИи Мк ПИ ПИШИ КИ с Тит штрих В Ще Я ПОПИ фр и ПИШИ

ПОПИ КТ ДИ ПК НИ ПИШИ ИИК нень Я К п кмин ПЕ нНв нн о ни

ПИШНИМИ ККД ПК ПОКИ ОК ПОЛИВ Я ПТ Во НАВИ и ск н ДН НН нн о нн кн а ВВОВННО

ШІНИШИНИ ПИ ПП : ПОПЛИЛИТИПИЛИИ ит Пт пл ї. Н Жих хх Житииї Ге т

ПЕОМ ИН т ння пити ще ШЛЕ сх ї ї з о Це Кох ї :

ІФППШИПИЛИ НИТЦІ ППИИПИИ нин у МИ й с с ' "Ж деооююкюв Ух дккююсскк ІТИ Кк «КЕ х.

ПДМ НИ КИ ИН ПИИНТЯ : ПИППИПИИИШИЙ ШИТИ пп Ї х За: ; Ї а ПЛ - Е в ПІНИ ИЙ З Я : Я Н ї ІЗ ІЗ пи ї ГаднНе

ПИШИ ПИ МЕ Я ПИЛИ Я кдд. Конт и Дсскесесссскксо пгт

Винахід належить до пристроїв і способів реєстрації опромінювання лазерними імпульсами об'єктів бронетехніки та визначення кутових координат джерела лазерного опромінювання.

Одним з основних елементів сучасної бронетехніки, що захищає її від ураження є комплекс оптико-електронної протидії системам виявлення, прицілювання та наведення на ціль.

Суттєвою частиною такого комплексу є реєстратор імпульсного лазерного випромінювання, на основі сигналів якого приймаються ті чи інші рішення. Основним недоліком існуючих комплексів є те, що вони, будучи розробленими наприкінці минулого - на початку теперішнього століття, розраховані на виявлення лазерного випромінювання тільки в обмеженому діапазоні довжин хвиль. Для реєстраторів лазерного випромінювання, утворених на основі фотоелектричних елементів ("ШИЛИ-1" - "груба" головка та "ШИЛИ-2" - "точна" головка), які використовувалися у вищеозначених системах - це ближня інфрачервона ділянка спектра: 0,6-1,9 мкм. Враховуючи складність використання систем охолодження, подальше розширення області спектральної чутливості стає неможливим. З другого боку, прогрес в області лазерних випромінювачів створив умови для появи лазерних цілевказувачів або далекомірів, які в змозі працювати на більш довгих довжинах хвиль і не будуть фіксуватися такими реєстраторами. Це улоеможливлює їх штатну роботу у випадку використання лазерних цілевказувачів та далекомірів з більшими робочими довжинами хвиль.

Відомий пристрій для реєстрації лазерного випромінювання і визначення координат джерела опромінювання патент США Мо 5,428,215 "Цифровий детектор лазерного опромінювання з високою кутовою роздільною здатністю", (відомий як система НАВІЇБ), опублікований 27.06.1995 р., МПК 2015 3/78, який включає оптичну систему, що направляє лазерний промінь через ряд щілин, розміщених по коду Грея, які узгоджені з багатоелементною сенсорною системою, яка реєструє оптичні лазерні імпульси. Відповідні електричні імпульси з виходів детекторів надходять у підсилювачі і блоки фільтрації, блок аналого-дифрового перетворення і надходять в систему обробки сигналів, за результатами обробки визначають кут падіння лазерного променя на об'єкт, тобто кутові координати джерела опромінення. Для реалізованого пристрою характерною є висока роздільна здатність з визначення кутових координат джерела опромінювання, однак фотоелектричні сенсори пристрою чутливі в ближньому інфрачервоному (ІЧ) діапазоні випромінювання, в той час як діапазон ІЧ

Зо випромінювання в пристроях наведення та далекомірів розширений до 10 мкм. Крім того, застосування масок перед детекторами призводить до послаблення величини потоку опромінювання, що падає на сенсори.

Відомий патент України Мо 53893 "Спосіб і пристрій протидії засобам наведення", МПК 2015

ЗІ0О, 77/40, опублікований 15.11.2005 р. що включає реєстрацію імпульсів лазерного опромінювання, визначення кута падіння, визначення коду послідовності лазерних імпульсів з наступною регенерацією таких імпульсів із заданим кодом для освітлення фальшивої цілі.

Пристрій включає напівпровідникові фотоелектричні детектори, підсилювачі та аналого- перетворювачі сигналів (АЦП), блоки фільтрації та обробки сигналів, блоки управління пристроєм та блоки видачі сигналів на зовнішні пристрої. Недоліком способу і пристрою є вузький спектральний діапазон чутливості фотоелектричних детекторів.

Відомий пристрій пеленгації джерел оптичного 14 випромінювання, патент РФ Мо 2276382, опубл. 10.05.2006, МПК СО15 3|78, пристрій має вхідну оптичну систему, багатоелементний фотоприймальний пристрій, виходи приймачів з'єднані з підсилювачами, виходи яких з'єднані з системою логічної обробки сигналів і блоком управління. Пристрій також має обмежений спектральний діапазон чутливості.

З метою розширення спектрального діапазону чутливості системи для виявлення і діагностування джерел оптичного випромінювання запропоновано складний багатоелементний фотоприймальний пристрій, сенсорні елементи якого виконані як фоточутливі кільця, що складені з трапецієподібних пелюстків з різних матеріалів, які чутливі в різних спектральних

БО діапазонах, - патент РФ 2312372, опубл. 16.12.2007, МПК 2015 17/66. Недоліком пристрою є те, що для реєстрації сигналів необхідно використовувати сферичну систему координат і складні методи обробки та аналізу сигналів, а спектральний діапазон пропонується розширити до 4 мкм застосуванням системи охолодження сенсорів.

Відомі та широко використовуються пристрої та способи реєстрації опромінення та визначення кутових координат джерел випромінювання, які основані на використанні тепловізорних систем (див. наприклад, Н.М. ЩШМісКіапа Іпіїтатед Тесппідниез ог Міїйагу

Арріїсайопв" в кн. УІпітатгед Меїйподоіоду апа Тесппоїоду", Согаоп апа Вгеасп 5сівєпсе РибіїзНегв, 1994, (рр. 397-429). їх суттєвим недоліком є те, що вони придатні тільки для детектування та локалізації неперервних та повільно змінних джерел випромінювання, що унеможливлює їх бо застосування для вирішення поставленої задачі - реєстрації імпульсного лазерного випромінювання в широкому спектральному діапазоні з найбільш поширеною в сучасних далекомірах та цілевказувачах тривалістю імпульсів: 10-100 нсек.

Найбільш близьким до винаходу за призначенням є патент України Мо 50850 "Пристрій для виявлення лазерного опромінення броньованої машини", публ. 15.11.2002 р., МПК Г41НІ11/02 та

С2О19У 55/50. Пристрій включає декілька детекторних головок для реєстрації лазерного випромінювання, які захищені броньованим корпусом та встановлені зовні бронемашини, броньований корпус детекторних головок виконаний у вигляді багатогранника, у кожній із вхідних амбразур оптичні елементи із селеніду цинку, а в детекторних головках розміщені координатно-чутливі піроелектричні сенсори лазерного опромінення. Основним недоліком координатно-чутгливих сенсорів є те, що амплітуда їх сигналів залежить не тільки від координати падіння світлового променя, а й від його потужності, яка у свою чергу залежить від багатьох зовнішніх параметрів (відстані до джерела випромінювання, його енергії, стану атмосфери тощо). Усе це потребує додаткових заходів щодо нормування сигналів і погіршує точність вимірювання кутових координат лазерного джерела.

Задачею винаходу, що пропонується, є вдосконалення систем реєстрації небезпеки для підготовки активного захисту об'єкта бронетехніки при наведенні на нього лазерних систем прицілювання і дальнометрії в спектральному діапазоні (0,9-12 мкм) шляхом удосконалення пристрою та способу реєстрації лазерного опромінення і визначення кутових координат джерела лазерного випромінювання. Поставлена задача вирішується запропонованим пристроєм реєстрації імпульсного лазерного випромінювання та визначення кутових координат опромінюючого лазера для захисту бронетехніки, який розміщений у захисному корпусі та включає: приймальну оптичну систему, яка направляє вхідне лазерне випромінювання на багатоелементний блок піроелектричних сенсорів з підключеними каналами підсилювачів імпульсних сигналів зі смуговими фільтрами, виходи яких підключені до відповідних перетворювачів напруги із аналогової в цифрову форму (АЦП), процесор для обробки вхідних цифрових сигналів сенсорів і видачі сигналів управління, згідно з винаходом, для детектування лазерних імпульсів та визначення кутових координат джерела випромінювання багатоелементний блок сенсорів виконаний у вигляді лінійки тотожних елементів, при цьому поперечний розмір елемента стрічки лінійки І, діаметр фокусної плями оптичної системи О та ширина зазору між елементами лінійки 4 пов'язані співвідношенням І 242021 --йа, а всі виходи смугових фільтрів підключені до входу суматора сигналів, вихід якого через окремий АЦП з'єднаний зі входом процесора, до якого також підключено модуль пам'яті.

Для підвищення завадостійкості пристрою лінійка сенсорів розміщена в захисному корпусі, внутрішня поверхня якого покрита звукопоглинальним матеріалом.

Для пояснення розглянемо перетворення сигналів при реєстрації лазерного імпульсу за допомогою запропонованого вище пристрою.

Блок-схема конкретної реалізації пристрою, що заявляється, подана на кресленні. Пристрій розміщується в захисному корпусі і складається з приймальної оптичної системи виконаної у вигляді об'єктива (1), який направляє вхідне лазерне випромінювання на багатоелементний блок піроелектричних сенсорів (2), виконаний у вигляді лінійки, що складається з п тотожних чутливих елементів (22). Вихід кожного чутливого елемента електрично з'єднаний зі входом свого погоджуючого підсилювача (3), підключених до смугових фільтрів (4), виходи яких підключено до відповідних перетворювачів напруги із аналогової в цифрову форму (АЦП) (5), які з'єднано з входом процесора (6). Виходи смугових фільтрів (4) також підключено до входу суматора (7), вихідний сигнал якого надходить до окремого АЦП (8) який теж з'єднано з входом процесора (6). До процесора (6) також підключено модуль пам'яті (9). Вихід процесора (б) підключено до блока управління (10).

Пристрій працює наступним чином. Імпульс лазерного випромінювання від далекоміра/цілевказувача при попаданні на об'єктив 1 приймальної оптичної системи формує у фокальній площині пляму, розмір якої ЮО визначається співвідношенням І-2а2021 -й, де І. - поперечний розмір сенсорного елемента, 4 ширина зазору між елементами лінійки. У загальному випадку в двох сусідніх піроелектричних сенсорах лінійки виникають два імпульсні струми, які співпадають за формою та можуть відрізнятися за амплітудою, при цьому інші сенсори нічого не генерують. (В окремому випадку, коли світлова пляма знаходиться у межах одного сенсора, сигнал генерується тільки цим одним сенсором, і координатою енергетичного центру плями вважається середина чутливого елемента). Після проходження погоджуючого підсилювача (3) і смугового фільтра 4 ці імпульсні сигнали змінюють свою форму так, що вхідний імпульс протяжністю тімп-1но--100 нс перетворюється в імпульс з переднім фронтом "- 10 мкс і загальною протяжністю -«- 30 мкс. Вихідні сигнали ІШ; (і - номер смугових фільтрів) (4) бо направляються до АЦП (5), що працюють безперервно по всіх каналах. Процесор (6) направляє всі результати АЦП до модуля пам'яті (9) де зберігаються останні К відліків АЦП (5). З всіх вихідних сигналів смугових фільтрів (4) суматор (7) формує сигнал Ох, що складається з двох не рівних нулю частин: І; та Од. Сигнал Ох після АЦП в блоці (7) використовується процесором (6) для визначення моменту початку імпульсу Тпоч... Після визначення Тпоч. процесор (б) проводить визначення амплітуд сигналів від кожного сенсорного елемента і, з врахуванням цих результатів, виробляє керуючі сигнали блока управління (10).

Використання суматора сигналів з усіх каналів, а також процедури реєстрації факту надходження лазерного імпульсу, основаної на порівнянні сумарного сигналу з еталонною величиною, дозволяє уникнути детального аналізу повної сукупності сигналів з усіх сенсорів та поводити такий аналіз з короткою вибіркою сигналів і тільки за наявністю виконання критерію появи імпульсу. Це суттєво підвищує швидкодію системи за рахунок зменшення обсягу інформації, що підлягає обробці. Використання процедури порівняння амплітуд сигналів дозволяє уникнути похибок, пов'язаних з залежністю сигналів не тільки від координати падіння світлового променя, а й від його потужності.

Таким чином, застосування запропонованого технічного рішення дозволяє уникнути недоліків, властивих описаним вище аналогам, а запропонований пристрій дозволяє більш оперативно і надійно вирішувати задачі виявлення джерел лазерного опромінення об'єктів бронетехніки.

Claims (2)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Пристрій реєстрації імпульсного лазерного випромінювання та визначення кутових координат опромінюючого лазера для захисту бронетехніки, який розміщений у захисному корпусі та включає: приймальну оптичну систему, яка направляє вхідне лазерне випромінювання на багатоелементний блок піроелектричних сенсорів з підключеними каналами підсилювачів імпульсних сигналів зі смуговими фільтрами, виходи яких підключені до відповідних перетворювачів напруги із аналогової форми в цифрову (АЦП), процесор для обробки цифрових сигналів від сенсорів і видачі сигналів управління, який відрізняється тим, що для детектування лазерних імпульсів та визначення кутових координат джерела випромінювання Зо багатоелементний блок сенсорів виконаний у вигляді лінійки тотожних елементів, при цьому поперечний розмір елемента стрічки лінійки І, діаметр фокусної плями О та ширина зазору між елементами лінійки 4 пов'язані співвідношенням І -242021--а, а всі виходи смугових фільтрів підключені до входу суматора сигналів, вихід якого через окремий АЦП з'єднаний зі входом процесора, до якого також підключено модуль пам'яті.

2. Пристрій реєстрації імпульсного лазерного випромінювання та визначення кутових координат опромінюючого лазера за п.1, який відрізняється тим, що лінійка сенсорів розміщена в захисному корпусі, внутрішня поверхня якого покрита звукопоглинальним матеріалом. я ши рення не ! СКК г мемокнну о Пенн ! п винне т я п я й й : шини НІ ШАНИ шен ше Я І Ко З вин о ї . , зх - З. ж Ей г ев ща вне ! с п шен ТО " тт х Ва о п р шк. а ша : НУ п и М З : нн юю ПК ОДНЕ ес ННЯ