Устройство оповещения о лазерном облучении
LASER RADIATION WARNING DEVICE

«Устройство оповещения о лазерном облучении» относится к области средств предупреждения об облучении объекта и находящихся на объекте людей  лазерными средствами, действующими в инфракрасных диапазонах длин волн, не обнаруживаемых человеческим зрением, и определения данных, необходимых для организации защиты находящихся на объекте людей.
Широкое распространение лазерных систем дальнометрирования, обусловленное их высокой эффективностью и относительной дешевизной, привело к развертыванию работ по созданию средств оповещения о лазерном облучении. В последние годы особенно интенсивно ведутся работы по разработке средств защиты, основанных на создании дымовых завес, скрывающих объект. В качестве обязательной составной части таких устройств используются приборы обнаружения лазерных излучений [1…10]. Если на начальном этапе развития подобной техники на такие приборы возлагались только задачи обнаружения факта лазерного облучения объекта и грубого определения угловых координат источника излучения [11…14], то по мере совершенствования методов и технических средств защиты объём таких задач существенно расширился. Современные приборы обнаружения лазерных излучений предназначены не только для определения с высокой точностью угловых координат источников лазерных излучений, но также для классификации источников излучений, определения степени их опасности, выявления временной расстановки импульсов в кодовых пачках, выдачи регистрируемой информации на средства постановки помех и её документирования [15, 16]. В наиболее полной мере этим требованиям отвечает устройство [17], принятое в качестве прототипа.
В составе прототипа имеется ряд фотоприёмных каналов, соединенных параллельно и ориентированных в разных направлениях. Отличительными особенностями прототипа являются  применение защитных фокусирующих оптических линз, формирующих поля зрения каналов, многоплощадочных фотоприёмников с малым количеством фотодетекторов относительно большой площади, расположенных со смещением относительно фокальной плоскости фокусирующей оптической линзы. Сигналы с выходов фотодетекторов, соответствующие энергетическим уровням зарегистрированного лазерного излучения, поступают на вход блока обработки информации, где производится суммарно – разностное сравнение уровней сигналов с выходов различных фотодетекторов, в результате чего осуществляется определение угловых координат источника лазерного излучения. По сравнению с другими известными  устройствами аналогичного назначения прототип обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в определении длины волны излучения лазера, повышении чувствительности и угловой разрешающей способности, увеличении зоны обнаружения излучений, сокращении приборного состава и стоимости устройства, повышении вероятности правильной регистрации лазерных сигналов.  В прототипе сигналы с  выходов площадок фотоприёмников поступают на входы соответствующих логарифмических усилителей, а  с выходов логарифмических усилителей всех каналов, входящих с состав каждого блока обнаружения лазерных излучений, сигналы подаются на входы блока обработки информации. В блоке обработки информации происходит  преобразование аналоговых сигналов в цифровые сигналы требуемой амплитуды, оцифровка временных интервалов между зарегистрированными импульсами лазерного излучения, а также производится суммарно – разностное сравнение сигналов с выходов площадок фотоприёмников  канала обнаружения лазерных излучений, зарегистрировавшего лазерное излучение источника. В результате такой обработки производится определение угловых координат источника лазерного излучения, а также интервалов (закона) временной расстановки импульсов, излучаемых источником. Эти данные с выхода блока обработки информации поступают на вход блока отображения, документирования и управления средствами создания помех. Таким образом, аппаратный состав прототипа обеспечивает возможность точного, по сравнению с другими известными устройствами, определения угловых координат источников лазерного излучения, а также выдачи регистрируемой информации для дальнейшей обработки в блок отображения, документирования информации и управления средствами создания помех, который не входит в состав прототипа.
Как следует из вышеизложенного, конструкция прототипа, наряду с отмеченными достоинствами, обладает рядом существенных недостатков, ограничивающих возможности и область его применения. В частности, прототип может быть использован только в составе устройства реализующего мероприятия защиты, так как не содержит собственных конструктивных элементов, обеспечивающих обработку, отображение и документирование информации. Эти конструктивные элементы не входят в состав прототипа и являются принадлежностью электрически сопрягаемого с ним блока отображения, документирования информации и управления средствами создания помех. Поэтому прототип не может быть использован автономно, без устройства формирования мер защиты, так как не имеет собственных конструктивных элементов, обеспечивающих окончательную обработку,  хранение и отображение регистрируемых данных  об обнаруженных лазерных излучениях.
Другим недостатком прототипа является отсутствие у него каналов связей с внешними системами в части получения от них данных о текущем времени и возмущающих воздействиях, таких как пространственная ориентация объекта, например, от корабельной системы единого времени и гироазимутгоризонта соответственно.
В связи с тем, что прототип позволяет регистрировать только угловые координаты источника лазерного излучения, но не дистанцию до него, данные о текущем времени необходимы для привязки в едином временном масштабе  времени обнаружения лазерного излучения по угловым координатам к времени обнаружения цели с теми же угловыми координатами другими средствами, например радиолокационными, тем самым определения дальности до носителя источника лазерного излучения и типе этого носителя.
Данные о наклонах и курсе объекта – носителя устройства обнаружения лазерных излучений необходимы в связи с тем, что прототип не имеет устройств угловой стабилизации, поэтому в случае его установки на подвижном объекте данные об угловых координатах источников излучения будут изменяться в соответствии с качкой и рысканием объекта даже в том случае, если положение источника излучения на меняется. Наличие связи с гироазимутгоризонтом позволит учесть текущие данные о качках и рыскании при вычислении истинных координат (угла места и пеленга) источника лазерного излучения.
Отсутствие в прототипе запоминающего устройства для документирования регистрируемой и получаемой в результате обработки информации, имеющего выход для переноса хранящейся информации на внешнее запоминающее устройство, не позволяет использовать прототип для осуществления сбора и хранение добываемых данных с целью их последующего анализа и обобщения. В то же время в прототипе отсутствуют какие – либо индикационные устройства, позволяющие информировать обслуживающий личный состав о факте обнаружения лазерного излучения, угловых координатах излучателя, параметрах излучения.
Предлагаемое устройство, наряду с сохранением всех достоинств прототипа, обеспечивает возможность автономного применения обнаружителя лазерных излучений, а не только в составе устройства формирования мер защиты. При этом повышается точность определения угловых координат источников излучений, обеспечивается возможность привязки регистрируемых данных к данным других объектовых устройств обнаружения целей, создаются условия для наблюдения в реальном времени, а также сбора, хранения и последующего анализа добываемых данных о тактике применения и технических характеристиках обнаруживаемых источников лазерных излучений.
Достижение указанного технического результата обеспечивается за счет осуществления связи блока обработки информации с объектовыми системами единого времени и гироазимутгоризонта, введения в состав блока обработки информации вычислителя истинных угловых координат обнаруженных источников лазерного излучения и запоминающего устройства данных об обнаруженных источниках излучений с выходом для  переноса этих данных на внешний носитель информации, а также визуального индикатора текущей обстановки и сигнализатора о факте обнаружения излучения.
Существенными отличительными признаками предлагаемого устройства от прототипа являются:
1 Наличие связи с объектовой системой определения наклонов и курса, по которой на схему суммарно – разностного сравнения блока обработки информации поступают текущие данные об угловых отклонениях объекта в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Учет этих постоянно изменяющихся данных позволяет откорректировать результаты измерения нестабилизированным блоком обнаружения лазерных излучений углового положения источника лазерного излучения. В результате этого в устройстве осуществляется определение истинных значений угла места и пеленга источника лазерного излучения. Знание этих параметров позволяет приводить данные об угловом положении обнаруженного излучателя, поступающие от блока обнаружения лазерных излучений, к единой системе координат, применяемой и в других объектовых устройствах обнаружения целей.
2 Наличие связи с объектовой системой точного времени, по которой данные о текущем времени поступают на схему измерения межимпульсных временных интервалов блока обработки информации. За счет этого осуществляется привязка моментов регистрации обнаруживаемых импульсных сигналов лазерного излучения к текущему времени. Наличие такой привязки позволяет при последующей обработке определять дистанцию до носителя источника лазерного излучения путём сопоставления истинных угловых координат зарегистрированного устройством источника лазерного излучения (угла места и пеленга) с данными о дистанции до цели с такими же истинными угловыми координатами, обнаруженной в это же время другими средствами, например радиолокационными.  По этой информации может быть выявлен тип и характер маневрирования по углу и дальности носителя лазерного излучателя, осуществляющего облучение объекта, т.е. выявлены тактические приёмы применения лазерных средств.
3 Применение в составе блока обработки информации запоминающего устройства, на один вход которого с выхода схемы измерения межимпульсных временных интервалов поступают в текущем времени оцифрованные данные о временной расстановке регистрируемых лазерных импульсов (временных интервалах между ними). На второй вход запоминающего устройства поступают с выхода схемы суммарно – разностного сравнения оцифрованные данные об истинных угловых координатах обнаруженных источников лазерных излучений (угле места и пеленге). Запоминающее устройство имеет выход, например в формате передачи данных, через который с необходимой периодичностью может осуществляться запись накопленной информации на внешний носитель для последующего анализа и обобщения полученных данных, их сопоставления с данными других источников.
4 Применение в составе блока обработки информации сигнализатора, например звукового, и индикаторного устройства, например видеомонитора, на котором в реальном масштабе времени отображается положение объекта и обнаруженного лазерного излучателя, а также выводятся данные о временных и частотных параметрах излучения и результатах классификации излучателя, например, дальномер или целеуказатель.  Сигнализатор подаёт сигнал, например звуковой, в случае обнаружения лазерного излучателя. Благодаря этим конструктивным элементам обеспечивается оперативное информирование обслуживающего персонала о факте лазерного облучения объекта. Тем самым исключается необходимость постоянного присутствия оператора у прибора обработки информации. Кроме того, в случае обнаружения факта лазерного облучения оператор имеет возможность на индикаторном устройстве наблюдать обстановку – угловые координаты источника излучения и временные параметры импульсной последовательности регистрируемых сигналов.
Схема, представленная на рисунке, иллюстрирует сущность предлагаемой полезной модели на примере одного из вариантов устройства. В представленном варианте устройство содержит 2 блока обнаружения лазерных излучений 1, каждый из которых осуществляет приём излучений в нескольких пространственно ориентированных каналах 2, суммарно охватывающих всю необходимую зону обзора пространства. С выходов блоков обнаружения 1 сигналы зарегистрированного фотоприёмниками лазерного излучения поступают на вход схемы суммарно – разностного сравнения сигналов 3 блока обработки информации 4. На другой вход схемы суммарно – разностного сравнения 3 поступают от объектовой системы гироазимутгоризонта 5 (не входящей в состав патентуемого устройства) сигналы, соответствующие параметрам качек и рыскания объекта. В схеме суммарно - разностного сравнения сигналов 3 производится вычисление угловых координат источников лазерного излучения с учетом устранения возмущающего воздействия наклонов и изменения курса. С одного выхода схемы суммарно – разностного сравнения сигналов 3 в момент регистрации лазерного излучения соответствующий сигнал поступает на вход сигнализатора 6, который выдаёт звуковой или световой сигнал, свидетельствующий о регистрации факта лазерного облучения объекта. С другого выхода схемы суммарно – разностного сравнения сигналов 3 информация о каждом зарегистрированном импульсе лазерного излучения и угловых координатах излучателя поступает на один из входов схемы измерения межимпульсных временных интервалов 7. На другой вход схемы измерения межимпульсных временных интервалов 7 поступают данные о текущем времени от объектовой системы точного времени 8 (не входящей в состав устройства). В схеме измерения межимпульсных временных интервалов 7 производится измерение временных интервалов между зарегистрированными импульсами лазерного излучения, привязка моментов регистрации каждого поступившего импульса и угловых координат источника излучения к текущему времени. С выхода схемы измерения межимпульсных временных интервалов 7 цифровая информация, содержащая привязанные к текущему времени данные об истинных угловых координатах источников лазерного излучения и временной расстановке импульсов зарегистрированных импульсов  поступает на вход индикаторного устройства 9, где эта текущая информация оперативно отображается в наглядном для восприятия оператором виде. Эта же информация поступает на вход запоминающего устройства 10, где накапливается и хранится до её переноса на внешний носитель 11 (не входящий в состав устройства). Кроме того, эта информация с выхода схемы измерения межимпульсных интервалов 7 поступает на вход устройства формирования мер защиты 12 (не входящее в состав патентуемого устройства) в том случае, если патентуемое устройство используется на объекте не автономно, а совместно с устройством формирования мер защиты 12.
Устройство работает следующим образом. При облучении объекта лазерным излучением, регистрируемым каким – либо каналом 2 блоков обнаружения лазерных излучений 1, на соответствующий вход схемы суммарно – разностного сравнения сигналов 3 блока обработки информации 4 поступают импульсные сигналы с фотоприёмников канала 2, зарегистрировавшего излучение. С поступлением такого сигнала в схеме 3 вырабатывается команда на срабатывание сигнализатора 6. Кроме того, в результате оцифровки этих импульсных сигналов и их суммарно – разностной обработки в схеме 3 производится вычисление угловых координат источника лазерного излучения, как это предусмотрено и в прототипе [17]. Далее эти данные об угловых координатах источника лазерного излучения уточняются с целью устранения ошибок, обусловленных отсутствием пространственной стабилизации блоков обнаружения лазерных излучений 1. Для этого полученные значения угловых координат источника излучения корректируются с учетом поступающих от системы гироазимутгоризонта 5 текущих данных о наклонах и курсе подвижного объекта. Эти откорректированные данные, соответствующие истинным угловым координатам источника лазерного излучения, поступают на вход схемы измерения временных межимпульсных интервалов 7. В этой схеме производится измерение интервалов времени между зарегистрированными импульсами лазерного излучения, а также привязка моментов регистрации импульсов к текущему времени, данные о котором поступают на другой вход схемы 7 от объектовой системы единого времени 8. В результате на выходе схемы 7 с задаваемой периодичностью формируются кодовые сигналы, содержащие информацию об истинных угловых координатах лазерного излучателя и характеристике временной расстановки импульсов. Эти сигналы поступают на вход индикаторного устройства 9, где информация отображается в текущем времени, и на вход запоминающего устройства 10, где информация накапливается и хранится для последующего съёма на внешний носитель 11. Кроме того, в случае использования патентуемого устройства на объекте не автономно, а совместно с устройством формирования мер защиты, эта же информация с выхода схемы 7 поступает на вход устройства защиты 12.
Изложенные выше описание конструкции заявляемого устройства и его действия (работы) свидетельствуют о возможности осуществления данного изобретения на современном техническом уровне и достижения того технического результата, для которого предназначена заявляемая полезная модель. Все конструктивные элементы, входящие в состав устройства известны и освоены в производстве. Работоспособность устройства подтверждена макетированием его основных составных частей, в частности, блока обнаружения лазерных излучений, схемы суммарно – разностной обработки сигналов и схемы измерения временных межимпульсных интервалов.
Перечень использованных источников информации
1 Патент на изобретение  RU 2248587 С2
2 Патент на изобретение  RU 2249172 С1
3 Патент на изобретение  RU 2304351 С1
4 Патент на изобретение  RU 2312372 С2
5 Патент на изобретение  RU 2320949 С2
6 Патент на изобретение  RU 2334243 С1
7 Патент на изобретение  RU 2399721 С1
8 Патент на изобретение  RU 2401411
9 Патент на изобретение  RU 2563472
10 Морские лазерные системы предупреждения о лазерном облучении. NAVAL FORCES, 1/2007, р. 15-17
11 Белицкий А.М. и др., «Обнаружение источников лазерного сигнала», «Радиотехника, 2014 г., № 3
12 Авторское свидетельство на изобретение СССР № 222299
13 Патент на изобретение RU 2399063 С1
14 «Штора», автономный комплекс индикации лазерного облучения системы защиты. «Оружие России», Каталог вооружения, военной и специальной техники. ЗАО «ОВК «Бизон», 2010
15 Украина. Декларационный патент на изобретение UA 53893 А
16 COLDS NG B – Корабельное средство обнаружения вооружений с лазерным наведением. Рекламный проспект фирмы CASSIDIAN. ALL RIGHTS RESERVED, 2012.
17 Патент на полезную модель RU 133325 U1.