БОРТОВАЯ АВИАЦИОННАЯ СИСТЕМА ОПТОЭЛЕКТРОННОГО ПРОТИВОДЕЙСТВИЯ ИНФРАКРАСНЫМ ГОЛОВКАМ САМОНАВЕДЕНИЯ УПРАВЛЯЕМЫХ РАКЕТ

Полезная модель относится к устройствам защиты летательного аппарата (ЛА), в частности к бортовым авиационным системам оптоэлектронного противодействия (БАСОП) инфракрасным (ИК) головкам самонаведения (ГСН) управляемых ракет (УР) переносных зенитно-ракетных комплексов (ПЗРК).
Вопросам разработки технических средств противодействия объектам поражающего воздействия ЛА уделяется повышенное внимание во многих странах мира, причем одним из приоритетных направлений в этой области деятельности является разработка систем индивидуальной защиты (СИЗ) ЛА от поражающего воздействия ПЗРК, поскольку результаты комплексных исследований боевых потерь ЛА показывают, что свыше 90% ЛА были поражены входящими в состав ПЗРК типа «Стрела», «Игла» и «Стингер» УР, оснащенными ИК ГСН [1].
Входящая в состав ПЗРК УР представляет собой снабженный реактивной двигательной установкой (РДУ) носитель, на котором установлены блок целевой нагрузки (боевая часть) и система управления пространственной ориентацией ракеты, позволяющая наводить УР на цель. Системой управления называют аппаратуру, которая определяет положение ракеты в пространстве относительно атакуемой цели, определяет направление на цель и удерживает ракету на траектории, по которой она должна следовать, чтобы поразить цель [2]. Одним из видов систем управления пространственной ориентацией ракеты является самонаведение, т.е. такой метод управления, при котором сигнал управляющего воздействия вырабатывается на ракете в результате использования энергии, источником которой является атакуемая цель [2]. Совершенно очевидно, что цель можно обнаружить по каким-либо характерным для нее свойствам (признакам), делающим цель отличной от окружающего ее фона. К таким свойствам может быть отнесена способность цели излучать или отражать электромагнитное излучение иначе, чем окружающее цель пространство. В настоящее время в УР преимущественно используются системы самонаведения пассивного типа, в частности системы, воспринимающий элемент задающего органа которой выполнен реагирующим на тепловой контраст цели - т.н. системы самонаведения пассивного типа с ИК ГСН. Система самонаведения УР с ИК ГСН выполнена по принципу следящей системы, в которой контролируемой величиной (т.н. рассогласованием) служит отклонение продольной оси носителя УР от направления на цель, причем задающим органом системы является ИК ГСН, а исполнительным органом - рулевое устройство. ИК ГСН является, по существу, оптоэлектронным прибором пассивного типа с ИК каналом связи «УР-ЛА» [3], который предназначен для дискретного во времени получения информации об угловых координатах цели (атакуемом ЛА) посредством регистрации непрерывного во времени ИК излучения от цели. ИК ГСН воспринимает лучистый поток от цели (собственное тепловое (ИК) излучение атакуемого ЛА), преобразует его и вырабатывает сигнал управляющего воздействия, который подается на силовые приводы рулевого устройства, что вызывает поворот продольной оси носителя УР в сторону атакуемого ЛА, причем управляющее воздействие на рулевое устройство поступает с частотой, определяемой конструктивными особенностями контура управления атакующей УР.
Механизм противодействия ИК ГСН УР, с учетом принципа ее функционирования, достаточно хорошо известен [4,5]. Под оптоэлектронным противодействием (ОЭП) принято понимать совокупность действий, направленных на снижение эффективности функционирования ИК ГСН атакующей УР и увеличение, соответственно, вероятности срыва самонаведения УР на атакуемый ЛА. Одним из наиболее эффективных методов ОЭП ИК ГСН УР в настоящее время принято считать дезинформирующее воздействие на ГСН атакующей УР непосредственно с борта атакуемого ЛА [6]. В соответствии с общепринятой классификацией такие методы воздействия на атакующую УР относятся к категории активных метод противодействия, а реализующие такие методы воздействия устройств - к устройствам формирования имитирующей активной помехи [5]. Противодействие таких устройств нормальному функционированию ИК ГСН атакующей ЛА УР основано на формировании непосредственно с борта ЛА в пределах зоны окружающего ЛА пространства, которую перекрывает индикатриса собственного ИК излучения ЛА (т.н. атакоопасная зона или зона защиты), излучения активной помехи в виде некогерентного модулированного по амплитуде ИК излучения с пиковой силой излучения, превышающей величину интенсивности собственного ИК излучения ЛА в заданное число раз, которое при поступлении во входной тракт ИК ГСН и дальнейшем его преобразовании становится источником ложной информации о местонахождении атакуемого ЛА, несмотря на полную исправность ИК ГСН, что с необходимостью приводит к срыву самонаведения УР на атакуемый ЛА [4].
Следует отметить, что одна из основных проблем при осуществлении ОЭП ГСН УР посредством имитирующей активной помехи в виде некогерентного модулированного по амплитуде ИК излучения состоит в необходимости обеспечить максимально возможное совпадение частоты модуляции излучения имитирующей активной помехи с частотой модуляции ИК излучения от цели (атакуемого ЛА), принятой в ГСН атакующей УР [5]. Однако в реальных условиях частота модуляции излучения имитирующей активной помехи и частота модуляции излучения о цели в ГСН атакующей УР из-за отсутствия данных о типе атакующей УР как правило не совпадает, что приводит к необходимости существенного превышения величины пиковой силы излучения имитирующей активной помехи над величиной собственного теплового излучения атакуемого ЛА [5].
Очевидно, что обеспечение необходимой величины превышения тесно связано с вопросом формирования излучения имитирующей активной помехи, характеризующейся пространственной локальностью функционирования в пределах атакоопасной зоны окружающего ЛА пространства в направлении на ГСН атакующей УР в течение всего времени нахождения УР в атакоопасной зоне, поскольку простое увеличение интенсивности помехового излучения за счет увеличения потребляемой мощности излучающим элементом источника помехового излучения лимитировано возможностями бортовой энергетической установки ЛА.
Таким образом, как следует из работы [4], в целом процесс ОЭП ИК ГСН атакующей ЛА УР должен включать в себя ряд взаимосвязанных этапов - обнаружение атакующей УР, наведение источника излучения имитирующей активной помехи на ИК ГСН атакующей УР и осуществление собственно ОЭП посредством воздействия помеховым излучением на ИК ГСН УР. Именно поэтому предназначенные для осуществления ОЭП ИК ГСН УР устройства (т.н. БАСОП) с необходимостью содержат два взаимосвязанных функциональных блока, один из которых обеспечивает формирование имитирующей активной помехи в виде направленного некогерентного модулированного ИК излучения, а другой - управление пространственной ориентацией имитирующей активной помехи. Как следует из самого принципа функционирования БАСОП такое устройство должно обладать способностью регистрировать признаки, по которым УР можно было бы отличить от других объектов в зоне ведения боевых действий. Основным носителем полезной информации о местонахождении атакующей УР в окружающем ЛА пространстве в оптическом диапазоне электромагнитных волн является факел ее РДУ, который является источником излучения в ИК, видимом и ультрафиолетовом поддиапазонах и, следовательно, УР можно обнаружить по фиксации этого излучения. В настоящее время, как это следует из работы [6], для регистрации факта ракетной атаки преимущественно используется УФ составляющая излучения факела РДУ атакующей УР.
Известна разработанная американской фирмой «Нортроп-Грумман» БАСОП - LAIRCM AN/AAQ-24(V) [7], которая выполнена с возможностью сканирования локализованного в пространстве излучения имитирующей активной помехи в пределах зоны защиты атакуемого ЛА. БАСОП работает по принципу следящей системой, причем задающей входной величиной является направление на атакующую УР, а рассогласованием служит угловая ошибка между пространственной локализацией излучения имитирующей активной помехи и истинным направлением на УР. Указанная БАСОП, выбранная в качестве прототипа, содержит подсистему формирования имитирующей активной помехи и подсистему управления ее пространственной ориентацией. Подсистема формирования излучения имитирующей активной помехи выполнена с возможностью генерации сконцентрированного в узкий луч некогерентного модулированного ИК излучения. Подсистема управления пространственной ориентацией излучения имитирующей активной помехи содержит задающий орган, выполненный в виде устройства дистанционной регистрации УФ составляющей излучения факела РДУ атакующей УР, устройство формирования управляющего воздействия и исполнительный орган, осуществляющий пространственную ориентацию помехового излучения, генерируемого подсистемой формирования имитирующей активной помехи, в направлении на атакующую УР в течение всего времени нахождения УР в атакоопасной зоне. Задающий орган подсистемы управления пространственной ориентацией имитирующей активной помехи, являющийся, по существу, оптоэлектронным прибором, снабжен группой идентичных по характеристикам работающих в УФ диапазоне пассивных оптоэлектронных датчиков мгновенного обзора. Регистрация потенциальной цели ОЭП, получаемая с помощью таких датчиков, обеспечивает необходимый объем данных для регистрации местонахождения атакующей ЛА УР в каждый момент времени.
Одно из основных требований, предъявляемых к подсистеме управления пространственной ориентацией имитирующей активной помехи, - высокая надежность ее функционирования. Именно этим обусловлено использование для регистрации ракетной атаки УФ диапазона оптического спектра, поскольку этот диапазон имеет сравнительно низкий уровень фоновых помех, а, следовательно, и вероятность ложных тревог в этом случае существенно ниже, чем в видимом и ИК диапазонах и, соответственно, достоверность идентификации атакующей УР и точность определения направления на нее выше.
Следует, однако, отметить, что, начиная с 1990 г., большая часть боевых действий, в частности вооруженных сил США, проводилась в условиях плотной городской застройки [8]. И, скорее всего, ситуация в данном вопросе в дальнейшем только усложнится. При ведении боевых действий в условиях городской застройки однозначная идентификация атакующей УР затруднена по причине увеличения вероятности ложных тревог от техногенных источников УФ излучения. Дело в том, что ведение боевых действий в условиях городской застройки с необходимостью приводит к нарушению работоспособности отдельных силовых энергетических установок и увеличению, соответственно, эксплуатационной нагрузки на другие электроустановки переменного тока высокого напряжения (в частности линий электропередач - ЛЭП) и снижению уровня их обслуживания, что, в свою очередь, ведет к возникновению аварийных режимов, сопровождающихся возникновением коронных разрядов, при которых возникает УФ излучение [9]. Таким образом, БАСОП, предназначенная для проведения ОЭП ИК ГСН УР при проведении боевых действий в районах городской застройки, должна обладать не только способностью дистанционной регистрации УФ излучения, а и возможностью достоверной идентификации источника его происхождения.
Недостаток БАСОП, выбранной в качестве прототипа, заключается в принципиальной невозможности селекции полезных сигналов от сигналов ложных тревог техногенного происхождения, поскольку их спектр излучения (УФ излучение от коронных разрядов) совпадает с диапазоном спектральной чувствительности задающего органа, а иного критерия, кроме селекции объекта ОЭП по спектральному диапазону воспринимаемого излучения (УФ составляющая излучения факела РДУ атакующей УР), в задающем органе БАСОП, выбранной в качестве прототипа, не предусмотрено.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, состоит в устранении указанного недостатка, т.е. в обеспечении возможности селекции полезного сигнала (УФ составляющей излучения факела РДУ атакующей УР) от сигналов ложных тревог техногенного происхождения (УФ излучения от коронных разрядов).
Технический результат заключается в повышении эффективности функционирования БАСОП по критерию промаха атакующей УР с ИК ГСН и в повышении, соответственно, живучести защищаемого ЛА при проведении боевых действий в районах городской застройки.
БАСОП ИК ГСН УР, как и БАСОП, выбранная в качестве прототипа, содержит подсистему формирования имитирующей активной помехи ИК ГСН атакующей УР в виде направленного некогерентного модулированного ИК излучения и подсистему управления пространственной ориентацией имитирующей активной помехи в составе задающего органа, выполненного в виде оптоэлектронного устройства дистанционной регистрации УФ составляющей излучения факела РДУ атакующей УР, устройства формирования управляющего воздействия и исполнительного органа.
Отличие заявляемой БАСОП от прототипа состоит в том, что подсистема управления пространственной ориентацией имитирующей активной помехи снабжена электронным блоком обработки и анализа сигнала с выхода задающего органа, выход которого является информационным входом устройства формирования управляющего воздействия, причем электронный блок обработки и анализа сигнала с выхода задающего органа выполнен в виде частотного селектора импульсов с полосой пропускания до 90 Гц и свыше 110 Гц.
На фиг. 1 приведена блок-схема варианта конкретного выполнения заявляемой БАСОП ИК ГС УР. БАСОП содержит подсистему формирования имитирующей активной помехи 1 и подсистему управления пространственной ориентацией имитирующей активной помехи 2. В данном конкретном случае подсистема 1 содержит источник некогерентного ИК излучения в виде газоразрядной лампы (ГРЛ) с цезиевым наполнением, светопреобразующую оптическую систему направленного типа и устройство модуляции разрядного тока ГРЛ по частоте (на фиг. 1 не показаны). Различные варианты технического осуществления образующих подсистему 1 функциональных элементов достаточно хорошо известны и, поэтому, в данном конкретном случае подробного пояснения не требуют. Подсистема 2, в свою очередь, содержит задающий орган 3, выполненный в виде оптоэлектронного устройства дистанционной регистрации УФ составляющей излучения факела РДУ атакующей УР, электронный блок 4 обработки и анализа сигнала, принимаемого с выхода задающего органа 3, устройство формирования управляющего воздействия 5, сопряженное через линию передачи команд управления 6 с подсистемой 1, и исполнительный орган 7, сопряженный через линию передачи команд управления 8 с подсистемой 1. Задающий орган 3 в данном конкретном случае выполнен в виде комбинации идентичных по характеристикам работающих в УФ диапазоне пассивных оптоэлектронных датчиков мгновенного обзора. Использование таких датчиков по аналогичному назначению известно [10, 11], причем из работы [11] следует, что использование комплекта из четырех УФ датчиков мгновенного обзора размером 256×256 чувствительных элементов каждый обеспечивает регистрацию пуска УР в зоне обзора 360° по азимуту и 100° по углу места, а определение направления на УР осуществляется с точностью до десятой доли углового градуса. Электронный блок обработки и анализа сигнала 4 в данном конкретном случае выполнен в виде частотного селектора импульсов. Принцип функционирования подобного устройства и варианты его конструктивного исполнения достаточно хорошо известны [12, 13]. Следует отметить, что хотя использование частотных селекторов в вычислительной технике, радиотехнике и телевидении известно [14], но в составе БАСОП ИК ГСН УР он используется впервые. Устройство формирования управляющего воздействия 5 и исполнительный орган 6 представляют собой типовые функциональные элементы устройств, работающих по принципу следящей системы, конструктивное выполнение которых достаточно хорошо известно и в данном конкретном случае подробного пояснения не требуют.
Заявляемая БАСОП ИК ГСН УР работает следующим образом. Первоначально, при отсутствии факта атаки УР, а только при ее угрозе, подсистема 1 находится в дежурном режиме и генерация излучения имитирующей активной помехи отсутствует. Задающий орган 3 подсистемы 2 осуществляет «мгновенный» обзор атакоопасной зоны окружающего ЛА пространства. При входе в зону чувствительности задающего органа 3 подсистемы 2 атакующей УР задающий орган 3 осуществляет регистрацию факта ракетной атаки посредством фиксации УФ составляющей излучения факела РДУ атакующей УР. Как было указано выше, при ведении боевых действий в условиях городской застройки весьма велика вероятность одновременной регистрации задающим органом 3 УФ источников излучения техногенного происхождения. Следует отметить, что воспринимаемые задающим органом 3 подсистемы 2 полезный сигнал (УФ составляющая излучения факела РДУ атакующей УР) и сигнал ложных тревог (УФ излучение от коронных разрядов) представляют собой последовательности импульсов излучения, временной интервал следования которых (или частота повторения) несет информацию об их источнике. Действительно, для переменного тока частотой 50 Гц разряд возникает только на полуволнах высокого напряжения и поэтому УФ излучение от коронного разряда имеет периодический характер с частотой следования импульсов излучения равной удвоенной частоте электросети - 100 Гц. Что касается воспринимаемого задающим органом 3 подсистемы 2 излучения УФ составляющей факела РДУ атакующей УР, то его импульсная структура определяется следующим. Источником УФ излучения является преимущественно та часть факела РДУ атакующей УР, которая примыкает к соплу РДУ [1], и поэтому на величину регистрируемой интенсивности УФ излучения от факела РДУ УР в значительной степени влияет пространственная ориентация (ракурс) УР относительно задающего органа 3 подсистемы 2 БАСОП атакуемого ЛА. Как было указано выше, система самонаведения УР выполнена по принципу следящей системы и, следовательно, наведение УР на цель (атакуемый ЛА) сопровождается периодическим изменением ориентации продольной оси носителя УР относительно направления на атакуемый ЛА (т.н. «рысканья») с частотой равной частоте контура управления УР. Именно поэтому непрерывное во времени УФ излучение от факела РДУ УР воспринимается задающим органом 3 БАСОП даже при неизменном ракурсе визирования в виде мерцающего излучения с частотой мерцания равной частоте «рысканий» атакующей УР, которая в свою очередь определяется частотой контура управления атакующей УР. Задающий орган 3 преобразует регистрируемое УФ излучение в соответствующие последовательности импульсов, временной интервал следования которых (или частота следования) несет информацию об источнике их происхождения. Совершенно очевидно, что поступающий с выхода задающего органа 3 массив информации может быть отфильтрован за счет использования априорных данных о частоте повторения импульсов в коронном разряде. Именно поэтому в состав подсистемы 2 БАСОП введен дополнительный функциональный элемент 4 - электронный блок обработки и анализа сигнала, принимаемого с выхода задающего органа 3, который выполнен в виде частотного селектора импульсов. Следует отметить, что в соответствии с [15] максимально допустимое отклонение значений основной частоты напряжения электропитания от номинального значения (50 Гц) составляет ±5 Гц. Именно поэтому указанный частотный селектор (блок 4 подсистемы 2 БАСОП) выполнен с полосой пропускания до 90 Гц и свыше 110 Гц и поэтому «пропускает» в канал формирования управляющего воздействия (устройство 5 подсистема 2) только тот сигнал, который не имеет 100-герцовой составляющей, т.е. только тот сигнал, который соответствует УФ составляющей излучения факела РДУ атакующей УР. Устройство 5 формирует сигнал управляющего воздействия, который несет информацию о пространственном положении атакующей УР. Сигнал управляющего воздействия с выхода устройства 5 поступает на исполнительный орган 7 БАСОП. Исполнительный орган 7 через линию передачи команд управления 8 осуществляет пространственную ориентацию подсистемы 1 БАСОП по направлению на атакующую УР. Одновременно устройства 5 формирует управляющий сигнал, который через линию передачи команд управления 6 поступает на подсистему 1, которая переходит в боевой режим и осуществляет генерацию имитирующей активной помехи в виде направленного некогерентного ИК излучения, осуществляя ОЭП ГСН атакующей УР.
Промышленная применимость заявляемой БАСОП ИК ГСН УР определяется возможностью ее многократного воспроизведения в процессе производства с использованием стандартного оборудования, современных материалов и технологии.
Литература:
1. Зарубежное военное обозрение, 2002, №2, с.33.
2. Куркоткин В.И., Стерлигов В.Л. Самонаведение ракет, М.: Военное издательство МО СССР, 1963.
3. Лазарев Л.П. Оптико-электронный приборы наведения летательных аппаратов, М.: Машиностроение, 1984.
4. Мишук М.Н. Защита самолетов от ракет с тепловыми головками самонаведения, М.: Воениздат, 1982.
5. Самодергин В.А. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, НИИ «ЗЕНИТ» МЭП, 1988.
6. Зарубежное военное обозрение, 2002, №9, с. 35.
7. Зарубежное военное обозрение, 2005, №12, с. 37.
8. Зарубежное военное обозрение, 2008, №9, с. 32.
9. Датчики и системы, 2010, №1, с. 47.
10. Зарубежное военное обозрение, 2003, №5, с. 40.
11. Зарубежное военное обозрение, 2005, №3, с. 40.
12. Тихомиров О.Н., Любченко В.К. Селекторы импульсов, М.: Сов. радио, 1966.
13. Мирский Г.Я. Радиоэлектронные измерения, М.: Энергия, 1969.
14. Политехнический словарь, М: Советская энциклопедия, 1976.
15. ГОСТ Р 54149-2010 Электрическая энергия. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.