СПОСОБ ЗАЩИТЫ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ ОТ КОМПЛЕКСОВ ЛАЗЕРНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЛОЖНЫХ ОПТИЧЕСКИХ ЦЕЛЕЙ
METHOD FOR PROTECTING OPTO-ELECTRONIC FACILITIES FROM LASER EXPOSURE COMPLEXES USING FALSE OPTICAL TARGETS

Изобретение относится к области защиты оптико-электронных средств (ОЭС) от мощных лазерных излучений.
i
П
j
П
j
j
П
j
П
Известен способ защиты приемника оптического излучения (см., например, [1]), основанный на приеме входного оптического потока матричным фотоприемным устройством (МФПУ), измерении величины i выходного сигнала каждого i-го чувствительного элемента (ЧЭ) МФПУ, где  - номер ЧЭ МФПУ, N - количество ЧЭ в МФПУ, и сравнении ее значения с пороговым i, закрытии при превышении величины i выходного сигнала j-ого ЧЭ МФПУ порогового значения i j-й части входного оптического потока, где  - номер ЧЭ МФПУ, выходной сигнал которого превысил пороговое значение и номер части входного оптического потока падающего на этот ЧЭ МФПУ, периодическом открытии j-й части входного оптического потока и измерении величины i выходного сигнала j-го ЧЭ МФПУ, закрытии при i≥i j-й части входного оптического потока, оставлении при i≥i j-й части входного оптического потока открытой.
Недостатками способа являются низкий порог лучевой стойкости, не исключающий «прожиг» защитного элемента и дальнейшее поражения ОЭС, включение в структуру оптической системы дополнительных элементов, приводящих к усложнению конструкции ОЭС, снижению надежности и эффективности их функционирования по основному назначению. Также непосредственное воздействие мощного лазерного излучения (МЛИ) на ОЭС выдвигает жесткие требования к времени реакции его защиты.
ЗЭ
Эраз
ЗЭ
ЗЭраз
Эmin
Эраз
ЗЭ
ЗЭ
Эmin
ЗЭ
Эmin
Известен способ защиты ОЭС от МЛИ (см., например, [2]), основанный на приеме оптического излучения ОЭС, пропускании оптического излучения через заранее установленный перед элементом из состава ОЭС с минимальным значением лучевой стойкости Е и временем разрушения под воздействием оптического излучения равным t защитный элемент со значениями лучевой стойкости Е и времени разрушения под воздействием оптического излучения t меньше значений E и t соответственно, пропускающий оптическое излучение мощностью, не превышающей значение Е и имеющий спектральные параметры своего и отражаемого оптических излучений, сопровождающие процесс разрушения под воздействием оптического излучения мощностью, превышающей значение Е, идентичные элементу с минимальным значением E, защите при воздействии оптического излучения мощностью, превышающей значение Е ОЭС разрушением защитного элемента и имитации разрушения элемента с минимальным значением E, замене при разрушении защитного элемента под воздействием оптического излучения новым. Недостатками способа также являются ограничение числа защит от воздействия МЛИ, включение в структуру оптической системы дополнительных элементов, приводящих к усложнению конструкции ОЭС, снижению надежности и эффективности их функционирования по основному назначению. Также непосредственное воздействие МЛИ на ОЭС, выдвигает жесткие требования к времени реакции его защиты.
Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности защиты ОЭС от поражения оптическим излучением.
min
max
НП
min
НП
max
min
max
P
min
P
max
min
max
Р
min
НП
min
Р
max
НП
max
П
Р
П
НП
П
Р
max
P
max
НП
P
min
HП
min
P
max
HП
max
min
max
P
min
HП
min
P
max
HП
max
min
max
P
min
HП
min
P
max
HП
max
min
П
П
max
Технический результат достигается тем, что в известном способе защиты ОЭС от комплексов лазерного воздействия (КЛВ) с использованием ложных оптических целей (ЛОЦ), основанном на приеме оптических излучений ОЭС, определяют минимальную L и максимальную L дальности применения КЛВ по ОЭС, с использованием априорных данных о параметрах КЛВ, заданных параметрах ОЭС и текущих параметрах метеообстановки районе применения КЛВ и ОЭС рассчитывают минимальные значения расстояний установки ЛОЦ R(L) и R (L) относительно ОЭС, за пределами которых поток падающего МЛИ КЛВ не поразит ОЭС при неведении поражающего канала КЛВ на ЛОЦ на минимальной L и максимальной L дальностях применения КЛВ по ОЭС, и минимальные значения расстояний установки ЛОЦ R(L) и R(L) относительно ОЭС, за пределами которых лазерный локатор КЛВ разрешает ОЭС и ЛОЦ как отдельные цели на минимальной L и L максимальной дальностях применения КЛВ по ОЭС, а также если R (L)<R(L) и R (L)>R(L), то рассчитывают дальность L между КЛВ и ОЭС, при которой R(L)=R(L), устанавливают относительно ОЭС на расстоянии равным R(L) друг от друга K+N+M ЛОЦ идентичных по своим отражательным параметрам ОЭС, при этом n-е ЛОЦ,  на расстоянии от ОЭС равным R (L), m-е ЛОЦ,  на расстоянии от ОЭС равным R (Lmin), если R(L)>R(L) и R(L)>R(L), то используют n-е и k-е ЛОЦ на всем интервале дальности между КЛВ и ОЭС L÷L, а m-е ЛОЦ скрывают от лазерного локатора КЛВ, если R(L)<R(L) и R(L)<R(L), то используют m-е и k-е ЛОЦ на всем интервале дальности между КЛВ и ОЭС L÷L, а n-е ЛОЦ скрывают от лазерного локатора КЛВ, если R(L)<R(L) и R(L)>R(L), то используют на интервале дальности между КЛВ и ОЭС L÷L m-е и k-е ЛОЦ, а n-е ЛОЦ скрывают от лазерного локатора КЛВ, на интервале дальности между КЛВ и ОЭС L÷L n-е и k-е ЛОЦ, а m-е ЛОЦ скрывают от лазерного локатора КЛВ.
Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Защита ОЭС от КЛВ достигается за счет использования ЛОЦ, установленных на расстояниях, обеспечивающих непоражение МЛИ с учетом разрешения ЛОЦ и ОЭС и распределения интенсивности МЛИ в плоскости ОЭС.
B
-1
Большинство ОЭС представляют собой пассивные приборы. Поэтому их обнаружение и координатометрия могут осуществляться исключительно активными методами. Вследствие этого непременным элементом в составе КЛВ являются средства активной лазерной локации ОЭС (см., например, [3]). В этих условиях эффективным методом обеспечения защиты ОЭС от поражающего воздействия МЛИ может стать применение ЛОЦ, обладающих оптико-локционными характеристиками, близкими к характеристикам защищаемых ОЭС (см., например, [4], [5] стр. 248-252). Наличие в окрестности ОЭС J числа ЛОЦ позволяет снизить вероятность правильного выбора ОЭС из совокупности целей до значения Р=(J+1), и тем самым существенно снизить вероятность поражения ОЭС. При этом эффективность применения ЛОЦ для защиты от поражающего воздействия МЛИ будет определяться характеристиками пространственного расположения ЛОЦ в окрестности ОЭС. Очевидно, что оценки взаимных расстояний (фактически представляющих пространственные параметры предлагаемого способа защиты ОЭС от воздействия МЛИ) будут зависеть от дистанции поражения, свойств объектов локации, характеристик лазерно-локационного средства КЛВ и т.д. Однако, эти расстояния должны удовлетворять следующим требованиям:
- обеспечивать разрешение, чтобы лазерный локатор КЛВ мог различать их как отдельные цели, а наведение МЛИ на любую ЛОЦ не приводило к поражению ОЭС периферией лазерного пучка;
- обеспечивать компактное размещение ЛОЦ вблизи ОЭС, в частности, на борту одного носителя.
p
На этапе локации в соответствие с критерием Релея два близко расположенных изображения малоразмерных объектов могут надежно различаться, если максимум одного изображения совпадает с границей другого (см., например, [6] стр. 306). Условие раздельного наблюдения лазерным локатором КЛВ двух изображений точечных объектов с близкими отражательными характеристиками будет выполняться, если объекты, расположенные на дальности L, смещены друг относительно друга на расстояние R (вывод выражения не приводится):
∞
где L - дистанция «ОЭС-КЛВ»; R - радиус кривизны волнового фронта отраженного от ЛОЦ (или ОЭС) излучения при условии облучения плоской волной; а - радиус апертуры приемного устройства лазерного локатора КЛВ; k=2π/λ - волновое число; λ - длина волны излучения лазерного локатора КЛВ.
НП
На этапе поражения (для одномодового гауссового распределения интенсивности МЛИ КЛВ и релеевского закона ошибок наведения поражающего канала) минимальное расстояние R между ЛОЦ и ОЭС, характеризующее пространственное распределение МЛИ при наведении поражающего канала КЛВ на ЛОЦ и не приводящее к поражению ОЭС, может быть представлено в виде (вывод выражения не приводится) [7]:
Σ
П
З
где  - дисперсия случайной угловой ошибки наведения (целеуказания) поражающего канала КЛВ; α - суммарный показатель энергетического ослабления МЛИ в атмосфере; W - мощность излучения поражающего канала КЛВ;  - пороговое значение интенсивности МЛИ на входе ОЭС, при котором ОЭС сохраняет работоспособность; Р - пороговая (заданная) вероятность защиты ОЭС от МЛИ.
НП
Р
НП
Р
НП
Р
НП
Р
На фигуре 1 приставлены графики зависимости (в соответствии с выражениями (1) и (2)) R и R от L (где: 1 - график зависимости R от L, 2 - график зависимости R от L). Из графиков следует, что пространственное размещение ОЭС и ЛОЦ определяется условиями взаимодействия КЛВ и ЛОЦ (ОЭС) как на этапе локации, так и на этапе воздействия МЛИ. С уменьшением L расстояние между ЛОЦ и ОЭС, характеризующее пространственное распределение МЛИ при наведении поражающего канала КЛВ на ЛОЦ R начинает преобладать над разрешающей способностью его лазерного локатора R. Следовательно, при защите ОЭС с использованием ЛОЦ необходимо учитывать при заданных условиях взаимодействия КЛВ с ЛОЦ и ОЭС расстояние R и расстояние R в зависимости от L.
На фигуре 2 представлена схема, поясняющая сущность защиты ОЭС от КЛВ с использованием ЛОЦ, где приняты следующие обозначения: 3 - ОЭС; 4 - m-е ЛОЦ,  5 - n-е ЛОЦ,  6 - k-е ЛОЦ,  7 - носитель ОЭС; 8 - наземный КЛВ; 9 - сектор просмотра подстилающей поверхности ОЭС; 10 - подстилающая поверхность; 11 -локационное излучение лазерного локатора КЛВ; 12 - МЛИ поражающего канала КЛВ. На фигуре 2 исключены элементы ненесущие смысловой нагрузки для раскрытия сущности изобретения.
min
max
НП
min
НП
max
min
max
P
min
P
max
min
max
Р
min
НП
min
Р
max
НП
max
П
Р
HП
Рассмотрим пример, когда ОЭС 3 является элементом воздушного комплекса наблюдения, выполняющего задачу в зоне действия наземного КЛВ 8. На пункте управления воздушным комплексом наблюдения прогнозируют минимальную L и максимальную L дальности применения КЛВ 8 по ОЭС 3. С использованием априорных данных о параметрах КЛВ 8, заданных параметрах ОЭС 3 и текущих параметрах метеообстановки районе применения КЛВ 8 и ОЭС 3 рассчитывают минимальные значения расстояний установки ЛОЦ 4, 5 и 6 R(L) и R(L) (фигура 1) относительно ОЭС 3, за пределами которых поток падающего МЛИ 12 КЛВ 8 не поразит ОЭС 3 при наведении поражающего канала на любую ЛОЦ 4, 5 и 6 на минимальной L и максимальной L дальностях применения КЛВ 8 по ОЭС 3, и минимальные значения расстояний установки ЛОЦ 4, 5 и 6 R(L) и R(L) (фигура 1) относительно ОЭС 3, за пределами которых лазерный локатор КЛВ 8 разрешает ОЭС 3 и ЛОЦ 4,5 и 6, как отдельные цели на минимальной L и максимальной L дальностях применения КЛВ 8 по ОЭС 3. А также, если R(L)<R(L) и R(L)>R(L), рассчитывают дальность L (фигура 1) между КЛВ 8 и ОЭС 3, при которой R=R.
P
max
P
max
HП
min
P
min
НП
min
Р
max
НП
max
min
max
P
min
НП
min
P
max
НП
max
min
max
P
min
НП
min
Р
max
НП
max
min
П
П
max
Вокруг ОЭС 3 устанавливают N+М+К ЛОЦ 4, 5 и 6 на расстоянии R(L) между собой. При этом, n-е ЛОЦ 5 на расстоянии от ОЭС - R(L), а m-е ЛОЦ 4 на расстоянии от ОЭС - R(L). Если R(L)>R(L) и R(L)>R(L), то используют n-е ЛОЦ 4 и k-е ЛОЦ 6 на всем интервале дальности между КЛВ 8 и ОЭС 3 L÷L, а m-е ЛОЦ 5 скрывают от лазерного локатора КЛВ 8. Если R(L)<R(L) и R(L)<R(L), то используют m-е ЛОЦ 5 и k-е ЛОЦ 6 на всем интервале дальности между КЛВ 8 и ОЭС 3 L÷L, а n-е ЛОЦ 4 скрывают от лазерного локатора КЛВ 8. Если R(L)<R(L) и R(L)>R(L), то используют на интервале дальности между КЛВ 8 и ОЭС 3 L÷L m-е ЛОЦ 4 и k-е ЛОЦ 6, а n-е ЛОЦ 5 скрывают от лазерного локатора КЛВ 8, на интервале дальности между КЛВ 8 и ОЭС 3 L÷L n-е ЛОЦ 5 и k-е ЛОЦ 6, а m-е ЛОЦ 4 скрывают от лазерного локатора КЛВ 8.
2
-1
B
ОЭС 3 с воздушного носителя 7 ведет просмотр подстилающей поверхности 10 в секторе 9. КЛВ 8 осуществляет локационный поиск целей 11. По отраженному излучению от ЛОЦ 4, 5 и 6 и ОЭС 3 КЛВ 8 идентифицирует их как цели и осуществляет выбор для поражения МЛИ 12. Взаимное расположение ОЭС 4 и ЛОЦ 4, 5 и 6 обеспечивает их разрешение и непоражение МЛИ 12 при наведении на одну из ЛОЦ. При этом вероятность выбора ОЭС 3, как цели поражения МЛИ 12, предлагаемым способом достаточно низка. Так на площади 1 м при среднем расстоянии между ЛОЦ 4, 5 и 6 и ОЭС 3 0,05 м будет составлять Р≈(400)≈0,0025.
На фигуре 3 изображена блок схема варианта устройства, реализующего способ. Блок схема включает: ОЭС, в состав которого введены датчик лазерного облучения 13, блок управления 14, навигационный приемник 15, и ЛОЦ с установленными блоками снижения отражающей способности ЛОЦ 17. Остальные обозначения соответствуют фигуре 2.
Датчик лазерного облучения 13 принимает и измеряет параметры излучений КЛВ и предает их значения в блок управления 14. Навигационный приемник 15 определяет координаты местоположения ОЭС 3 и предает их значения в блок управления 14. Блок управления 14 на основе поступивших данных и хранящихся данных определяет текущую дальность до КЛВ, а также на основе ее текущего значения выдает управляющие сигналы блоками снижения отражающей способности ЛОЦ 16 соответствующих ЛОЦ 4 или 5. Блоки снижения отражающей способности ЛОЦ 16 уменьшают отражательную способность соответствующих ЛОЦ 4 или 5, приводящих скрытию их от лазерного локатора МЛК.
Таким образом, у заявляемого способа появляются свойства повышения эффективности защиты ОЭС от поражения лазерным излучением за счет использования ЛОЦ, установленных на расстояниях, обеспечивающих непоражение МЛИ с учетом разрешения ЛОЦ и ОЭС и распределения интенсивности МЛИ в плоскости ОЭС. Тем самым, предлагаемый авторами, способ устраняет недостатки прототипа.
min
max
НП
min
НП
max
min
max
p
min
p
max
min
max
p
min
HП
min
p
max
НП
max
П
P
П
HП
П
Р
max
P
max
НП
min
Р
min
HП
min
Р
max
HП
max
min
max
p
min
HП
min
p
max
НП
max
min
max
Р
min
НП
max
P
max
НП
max
min
П
П
Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений неизвестен способ защиты ОЭС от КЛВ с использованием ЛОЦ, основанный на приеме оптических излучений ОЭС, определении минимальной L и максимальной L дальностей применения КЛВ по ОЭС, с использованием априорных данных о параметрах КЛВ, заданных параметрах ОЭС и текущих параметрах метеообстановки районе применения КЛВ и ОЭС вычислении минимальных значений расстояний установки ЛОЦ R(L) и R(L) относительно ОЭС, за пределами которых поток падающего МЛИ КЛВ не поразит ОЭС при неведении поражающего канала КЛВ на ЛОЦ на минимальной L и максимальной L дальностях применения КЛВ по ОЭС, и минимальных значений расстояний установки ЛОЦ R(L) и R(L) относительно ОЭС, за пределами которых лазерный локатор КЛВ разрешает ОЭС и ЛОЦ как отдельные цели на минимальной L и максимальной Lдальностях применения КЛВ по ОЭС, а также вычислении, если R(R)<R(L) и R(L)>R(L), дальности L между КЛВ и ОЭС, при которой R(L)=R(L), установке относительно ОЭС на расстоянии равным R(L) друг от друга K+N+M ЛОЦ идентичных по своим отражательным параметрам ОЭС, при этом n-е ЛОЦ,  на расстоянии от ОЭС равным R[L), m-е ЛОЦ,  на расстоянии от ОЭС равным R(L), использовании, если R(L)>R (L) и R(L)>R(L) n-х и k-х ЛОЦ на всем интервале дальности между КЛВ и ОЭС L÷L, и скрытии m-х ЛОЦ от лазерного локатора КЛВ, использовании, если R(L)<R(L) и R(L)<R(L), m-х и k-х ЛОЦ на всем интервале дальности между КЛВ и ОЭС L÷L, и скрытии n-х ЛОЦ от лазерного локатора КЛВ, использовании, если R(L)<R(L) и R(L)> R(L), на интервале дальности между КЛВ и ОЭС L÷L m-х и k-х ЛОЦ, и скрытии n-х ЛОЦ от лазерного локатора КЛВ, на интервале дальности между КЛВ и ОЭС L÷Lmax n-х и k-х ЛОЦ, и скрытии m-е ЛОЦ от лазерного локатора КЛВ.
Предлагаемое техническое решение практически применимо, так как для его реализации могут быть использованы типовые радиоэлектронные узлы и устройства. Так в качестве блока снижения отражательных способности ЛОЦ могут быть использованы технические решения, основанные на экранировании входного потока или изменения фокусного расстояния (см., например, [8, 9]).
1 Пат. 2363017 RU, МПК H04N 5/238, H01L 31/0232. Способ защиты приемника оптического излучения / Ю.Л. Козирацкий, А.Ю. Козирацкий, П.Е. Кулешов и др.; заявитель и патентообладатель ВУНЦ ВВС «ВВА им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина». - №2016107511; заявл. 01.03.16; опубл. 16.11.17, Бюл. №32. - 11 с.
2 Пат. 2363017 RU, МПК H04N 5/238, H01L 31/0232, G01B 5/205. Способ защиты ОЭС от мощного лазерного излучения / П.Е. Кулешов, А.Н. Глушков, А.В. Алабовский и др.; заявитель и патентообладатель ВУНЦ ВВС «ВВА им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина». - №2019104733; заявл. 19.02.2019; опубл. 17.12.2019, Бюл. №35. - 10 с.
3 Кулешов П.Е., Глушков А.Н., Марченко А.В. Классификация технических методов (способов) защиты оптико-электронных средств от лазерного комплекса функционального поражения / П.Е. Кулешов, А.Н. Глушков, А.В. Марченко // Воздушно-космические силы. Теория и практика (электронный журнал). 2019. №10. С. 72-80.
4 19 Козирацкий Ю.Л., Козирацкий А.Ю., Иванцов А.В. и др. Модели информационного конфликта средств поиска и обнаружения. Монография. Под ред. Ю.Л. Козирацкого. М.: «ЗАО «Издательство «Радиотехника», 2013. 232 с.
5 Пат. 2712940 RU, МПК G01S 017/02. Способ имитации оптико-электронного средства / Козирацкий Ю.Л., Глушков А.Н., П.Е. Кулешов и др.; заявитель и патентообладатель ВУНЦ ВВС «ВВА им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина». - №2018146920; заявл. 04.12.2018; опубл. 03.02.2020, Бюл. №4. - 7 с.
6 Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М.: «Наука», 1973. 720 с.
7 Пат. 2744507 RU, МПК G01S 7/00. Способ защиты оптико-электронных средств от мощных лазерных комплексов / Кулешов П.Е., Глушков А.Н., Писаревский Н.А. и др.; заявитель и патентообладатель ВУНЦ ВВС «ВВА им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина». - №2020102175; заявл. 20.01.2020; опубл. 11.03.2021, Бюл. №8. - 10 с.
8 Пат. 2751644 RU, МПК G02B 26/04. Способ скрытия оптико-электронных средств от лазерных локационных систем / Попело В.Д., Кулешов П.Е., Алабовский А.В. и др.; заявитель и патентообладатель ВУНЦ ВВС «ВВА» (г.Воронеж). - 2020129276; заявл. 03.09.2020; опубл. 15.07.2021, Бюл. №20. - 9 с.
9 Пат. 2698513 RU, МПК G01J 1/10. Способ снижения эффективной площади рассеивания оптико-электронного прибора / Глушков А.Н., Кулешов П.Е., Попело В.Д. и д.; заявитель и патентообладатель ВУНЦ ВВС «ВВА» (г.Воронеж). - 2017132027; заявл. 12.09.2017; опубл. 28.08.2019, Бюл. №25. - 8 с.