Способ физического моделирования фоно-целевой обстановки для испытаний бортовых оптико-электронных головок самонаведения
METHOD FOR PHYSICAL MODELLING OF THE BACKGROUND-TARGET ENVIRONMENT FOR TESTING ON-BOARD OPTOELECTRONIC SEEKERS

Изобретение относится к испытательной технике и предназначено для проведения испытаний бортовых оптико-электронных головок самонаведения (БОЭГСН).
Известен инфракрасный коллиматорный комплекс (патент RU 2244950 С1, МПК G02B 27/30), содержащий объектив, сменную миру и фоновый излучатель. Недостатком данного устройства является отсутствие излучателя сигналов (имитатора цели), что не позволяет проводить испытания БОЭГСН.
Известен инфракрасный коллиматорный комплекс (патент RU 2305305 С2, МПК G02B 27/30, G01M 11/02), содержащий объектив, сменную миру и фоновый излучатель. Недостатком данного устройства является отсутствие излучателя сигналов (имитатора цели), что не позволяет проводить испытания БОЭГСН.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению, принятому за прототип, является инфракрасный коллиматор (патент RU 2470335 С1, МПК G02B 27/30), содержащий объектив, миру, фоновый излучатель, измеритель температуры миры и устройство управления.
Основными недостатками прототипа являются:
- применение линзового объектива, что приводит к оптическим потерям и сужает спектральный диапазон;
- отсутствие отдельного оптического канала тест-объекта (имитатора цели), что не позволяет создавать заданный контраст между излучением фоном и излучением имитатора цели;
- неустойчивость во времени - для поддержания заданного контраста температура постоянно регулируется, поскольку поверхность миры прогревается от фонового излучателя.
Целью предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей по испытаниям БОЭГСН и воспроизведение температурного контраста между тест-объектом и фоном в широком температурном диапазоне - от 0,5 до 100 К.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе физического моделирования фоно-целевой обстановки в качестве канала тест-объекта используется плоское зеркало с отверстиями, за которым расположена модель черного тела, и зеркало коллиматора, которое передает изображения отверстий с температурой модели черного тела на входной зрачок БОЭГСН, а в качестве канала фонового излучателя используется низкотемпературная модель черного тела и проекционный объектив, состоящий из двух сферических зеркал и формирующий изображение низкотемпературной модели черного тела на плоском зеркале с отверстиями канала тест-объекта, которое затем передается на входной зрачок БОЭГСН посредством зеркала коллиматора канала тест-объекта.
Изобретение поясняется чертежом, где приведен пример оптической схемы устройства для реализации способа.
Оптическая схема содержит канал тест-объекта (плоское зеркало с отверстиями 1, модель черного тела 2, зеркало коллиматора 3) и канал фонового излучателя (низкотемпературная модель черного тела 4, сферические зеркала 5, 6).
В качестве указанных блоков используются:
1 - плоское зеркало с отверстиями, например, на подложке из поликристаллического селенида цинка ПО4 и круглыми/квадратными/штриховыми отверстиями;
2 - модель черного тела, например, модель абсолютно черного тела АЧТ-6А (ООО «НЛП «Элир», г. Новосибирск);
3 - зеркало коллиматора, например, внеосевое параболическое зеркало на подложке из ЛК7, диаметром 300 мм и внеосевым углом 10°;
4 - низкотемпературная модель черного тела, например, модель черного тела АЧТ 70/-40/80 (АО «НЛП «Эталон», г. Омск);
5, 6 - сферические зеркала, например, на подложке из ЛК7, с фокусным расстоянием 2000 мм каждое.
Оптическая схема состоит из двух каналов, один из которых формирует излучение от тест-объекта, а другой - от фона. Входной зрачок БОЭГСН сопряжен с выходным зрачком зеркала коллиматора 3, расположенным на расстоянии L1 (например, L1=1000 мм). В его фокальной плоскости, на наклонном фокусном расстоянии f'k (например, f'k=2000 мм) и внеосевым углом α (например, α=10°) установлено плоское зеркало с отверстиями 1, за которым расположен источник излучения - модель черного тела 2. Нормаль плоского зеркала с отверстиями 1 устанавливается под небольшим углом β (например, β=5°) к оптической оси зеркала коллиматора 3. Зеркало коллиматора 3 передает изображение отверстий с температурой модели черного тела 2 на входной зрачок БОЭГСН. Одновременно с этим, система сферических зеркал 5-6 с фокусными расстояниями f'з1 и f'з2 (например, f'з1=f'з2=2000 мм) формирует изображение низкотемпературной модели черного тела 6 на плоском зеркале с отверстиями 1, которое затем передается на входной зрачок БОЭГСН. Расстоянием L2 между сферическими зеркалами 5-6 выбирается наименьше возможным (например, L2=1000 мм), а угол между ними также равен β.
Способ физического моделирования фоно-целевой обстановки для испытаний БОЭГСН использует два независимых оптических канала тест-объекта и фонового излучения.
Это позволяет, во-первых, реализовать точное регулирование температурного контраста между тест-объектом (имитатором цели) и фоном. Например, при использовании модели абсолютно черного тела АЧТ-6А в качестве источника излучения модуля тест-объекта и модели черного тела АЧТ 70/-40/80 в качестве низкотемпературного модуля фонового излучения реализуется диапазон воспроизведения температурного контраста от 0,5 К до 100 К. Во-вторых, благодаря тому, что канал фона не зависит от канала тест-объекта, реализуется устойчивость системы (постоянная температура фона и объекта), его однородность, а также быстродействие (т.е. скорость изменения температуры) всей системы, ограниченное только характеристиками самих моделей черных тел.
Вторая особенность предлагаемого способа заключается в использовании плоского зеркала с отверстиями в канале тест-объекта. Это позволяет реализовать от 1 до N отверстий различной формы, размеров и расположения и, соответственно, разнообразные изображения тест-объектов (имитаторов цели) на входном зрачке испытываемой БОЭГСН.
Например, следующие тест-объекты:
- типа «точка», содержащие «точечные» изображения (например, для оценки функции рассеяния точки или алгоритмов селекции);
- типа «перекрестие», содержащий вертикальные и горизонтальные линии образующие перекрестие (например, для оценки согласованности оптических каналов БОЭГСН, параллельности строк/столбцов);
- типа «перекрестная сетка», содержащий вертикальные и горизонтальные линии, образующие сетку (например, для оценки дисторсии или величины поля зрения);
- типа «квадрат» (например, для оценки минимально разрешаемой разницы температур);
- типа «полукруг» (например, для оценки эквивалентной шуму разности температур);
- типа «мира», содержащая совокупность элементов, в каждом из которых расположены четыре группы штрихов - горизонтальные, вертикальные и диагональные (в двух различных направлениях). Штрихи в каждом элементе равны по ширине, высоте и промежуткам между собой (например, для оценки разрешающей способности).
Широкий перечень тест-объектов позволит проводить оценку различных технических и оптических параметров БОЭГСН, в том числе алгоритмов селекции, а также испытания БОЭГСН различного класса.
Третья особенность предлагаемого способа заключается в использовании зеркальных оптических схем, что минимизирует оптические потери, обеспечивает дифракционное качество формируемых изображений и реализует широкий спектральный диапазон (теоретически - неограниченный). Это позволяет проводить испытания БОЭГСН видимого и инфракрасного спектрального диапазона и повысить качество проводимых испытаний.
Реализация способа физического моделирования фоно-целевой обстановки для испытаний БОЭГСН позволит проводить следующий объем испытаний, типовых для пассивных БОЭГСН видимого или инфракрасного диапазона:
- проверка качества калибровки фото-приемных устройств;
- проверка качества оптической системы (фокусировки, аберраций и виньетирования);
- проверка разрешающей способности оптической системы;
- проверка пороговой чувствительности;
- проверка алгоритмов обнаружения цели;
- проверка алгоритмов селекции цели;
- проверка минимально разрешаемой разницы температур в заданном диапазоне пространственного разрешения;
- проверка эквивалентной шуму разницы температур;
- проверка параллельности строк/столбцов оптических каналов;
- проверка динамического диапазона;
- проверка видимого увеличения оптической системы;
- проверка величины поля зрения.