Бортовая станция активных помех для индивидуальной защиты летательного аппарата от зенитных управляемых ракет с инфракрасными головками самонаведения
Полезная модель относится к устройствам индивидуальной защиты летательного аппарата от зенитных управляемых ракет с инфракрасными головками самонаведения посредством постановки имитирующей активной помехи непосредственно с борта атакуемого летательного аппарата.
Особенность конструкции предлагаемого устройства состоит в том, что оно снабжено устройством дистанционной регистрации спектрального состава видимой и инфракрасной составляющих излучения факела атакующей ракеты, выход которого сопряжен через линию передачи команд управления с блоком формирования излучения активной помехи в виде некогерентного модулированного инфракрасного излучения. Воспринимающий элемент этого устройства выполнен в виде гиперспектрометра, а входящий в состав устройства электронный блок задает режим генерации излучения активной помехи с частотой модуляции равной частоте модуляции излучения от цели, принятой в атакующей ракете.
Предлагаемое устройство обеспечивает возможность идентификации типа атакующей ракеты по спектральному составу излучения факела ракетного двигателя, что дает возможность существенно повысить эффективность оптоэлектронного противодействия тепловой головке самонаведения атакующей ракеты.
Полезная модель относится к устройствам противодействия средствам поражения, снабженных оптоэлектронными системами наведения, в частности для индивидуальной защиты летательных аппаратов (ЛА) от зенитных управляемых ракет (ЗУР) с инфракрасными (ИК) головками самонаведения (ГСН) переносных зенитно-ракетных комплексов (ПЗРК).
Вопросам разработки средств защиты ЛА военного и гражданского назначения от высокоточного оружия уделяется пристальное внимание во многих странах мира. Как указано в работе [1] результаты комплексных исследований причин боевых потерь самолетов и вертолетов показывают, что свыше 90% ЛА было поражено оснащенными ИК ГСН ЗУР, входящих в состав ПЗРК, которые в силу небольших размеров и массы позволяют применять их внезапно и скрытно. Лидирующее положение среди ПЗРК занимают различные варианты комплексов типа «Стрела», «Игла», «Стингер». Следует особо отметить, что, как следует из [2], на современном этапе участились случаи применения ПЗРК различными бандформированиями и террористическими организациями для поражения ЛА гражданского назначения. Так в конце октября 2011 г. после завершения операции НАТО в Ливии с военных складов исчезла значительная часть из имеющихся на них ПЗРК типа «Игла» и «Стингер», а по заявлению члена Переходного национального совета генерала Мохаммеда Адия из приобретенных ранее 20 тыс. ПЗРК советского и болгарского производства более 14 тыс. были использованы, а около 5 тыс. могли оказаться в руках боевиков «Аль-Каиды» [2], что подтверждает крайне высокую опасность неконтролируемого применения ПЗРК и, в первую очередь, ПЗРК типа «Стрела» и «Игла».
Входящая в состав этих ПЗРК («Стрела», «Игла», «Стингер») ЗУР представляет собой снабженный реактивной двигательной установкой носитель, на котором установлена система самонаведения пассивного типа, воспринимающий элемент которой выполнен, как правило, реагирующим на тепловой контраст цели (атакуемого ЛА) - т.н. ИК ГСН. Принцип функционирования ИК ГСН [3] и механизм противодействия их нормальному функционированию посредством постановки активных помех (т.н. оптоэлектронное противодействие (ОЭП) [4] достаточно хорошо известны. Под ОЭП принято понимать совокупность действий, направленных на снижение эффективности функционирования ИК ГСН ЗУР и увеличение, соответственно, вероятности срыва наведения ЗУР на атакуемый ЛА. Одним из наиболее эффективных методов ОЭП ИК ГСН ЗУР в настоящее время принято считать дезинформирующее воздействие на ИК ГСН ЗУР непосредственно с борта атакуемого ЛА [5]. Реализующие такие методы устройства относятся, в соответствии с общепринятой классификацией, к устройствам формирования имитирующей активной помехи в виде направленного на ГСН атакующей ЗУР некогерентного модулированного ИК излучения [6].
Совершенно очевидно, что в самом общем случае процесс ОЭП ИК ГСН ЗУР должен включать в себя ряд взаимосвязанных этапов - обнаружение атакующей ЗУР, идентификация типа атакующей ЗУР, наведение источника помехового излучения на атакующую ЗУР и ее сопровождение, осуществление собственно дезинформирующего воздействия на ГСН атакующей ЗУР. Именно поэтому предназначенные для осуществления ОЭП ИК ГСН ЗУР устройства с необходимостью содержат, по крайней мере, два взаимосвязанных функциональных блока - блок формирования излучения активной помехи и блок регистрации ракетной атаки. Следует отметить, что в настоящее время для регистрации факта ракетной атаки используются преимущественно устройства пассивного типа. Как следует из самого принципа функционирования таких устройств необходимо обеспечить это устройство способностью регистрировать признаки характеризующие атакующую ЗУР. Основным носителем полезной информации об атакующей ЗУР в оптическом диапазоне электромагнитных волн является факел ее реактивного двигателя, который является источником излучения в ИК, видимом и УФ диапазонах. В настоящее время для регистрации ракетной атаки, как это следует из [5], преимущественно используется УФ составляющая излучения факела реактивного двигателя атакующей ЗУР, что дает возможность осуществить регистрацию факта ракетной атаки и обеспечить сопровождение ЗУР, но не обеспечивает возможности идентификации типа атакующей ЗУР. Так, известна разработанная американской фирмой «Нортроп-Груман» бортовая станция активных помех (САП) для индивидуальной защиты ЛА от ЗУР с ИК ГСН - LAIRCM AN/AAQ-24 (v) [7], выбранная в качестве прототипа, которая содержит источник направленного некогерентного модулированного ИК излучения, в цепи управления частотой модуляции которого установлен блок формирования управляющего воздействия, и систему наведения источника ИК излучения на атакующую ЗУР, задающий орган которой выполнен в виде устройства дистанционной регистрации УФ составляющей излучения факела реактивного двигателя атакующей ЗУР.
Следует отметить, что одна из основных проблем при осуществлении ОЭП ИК ГСН ЗУР посредством имитирующей активной помехи в виде модулированного ИК излучения состоит в необходимости обеспечить максимально возможное совпадение частоты модуляции излучения активной помехи с частотой модуляции излучения от цели (собственного теплового (ИК) излучения атакуемого ЛА), принятой в ГСН атакующей ЗУР [6]. При несовпадении указанных частот, как это указано в [6], время воздействия активной помехи на ГСН ЗУР возрастает, достигая в критическом случае величины сравнимой с временным интервалом, соответствующим минимальной дальности пуска ЗУР, что, вообще говоря, недопустимо. Компенсировать указанный недостаток в функционировании САП в соответствии с [6] можно за счет существенного (в десятки раз) превышения величины пиковой силы помехового излучения над собственным тепловым излучением атакуемого ЛА, что, вообще говоря, далеко не всегда возможно с учетом возможностей бортовой энергетической установки ЛА.
Таким образом, недостаток бортовой САП для индивидуальной защиты ЛА от ЗУР с ПК ГСН заключается в невозможности идентификации типа атакующей ЗУР, что приводит к практической невозможности обеспечить максимально возможное совпадение величин частоты модуляции излучения активной помехи и частоты модуляции излучения от цели, принятой в ГСН атакующей ЗУР и, следовательно, к снижению эффективности ОЭП ИК ГСН ЗУР и, соответственно, к снижению эффективности функционирования бортовой САП по критерию промаха атакующей ЗУР. Последнее обстоятельство особенно критично при обеспечении защиты ЛА гражданского назначения при их использовании в зоне возможной ракетной атаки со стороны террористов, вооруженных, преимущественно, ПЗРК типа «Игла» или «Стрела». Это обстоятельство требует создания таких САП, которые обеспечивали бы надежную защиту ЛА (в том числе гражданского назначения) в первую очередь от ЗУР с ИК ГСН, используемых в ПЗРК типа «Игла» и «Стрела».
Задача, на решение которой направлена полезная модель, состоит в обеспечении идентификации типа атакующей ЗУР по спектральному составу излучения факела ее реактивного двигателя.
Технический результат заключается в повышении эффективности функционирования бортовой САП по критерию промаха атакующей ЗУР за счет формирования излучения имитирующей активной помехи, частота модуляции которой соответствует частоте ИК излучения от цели, принятой в ИК ГСН атакующей ЗУР.
Бортовая САП для индивидуальной защиты ЛА от ЗУР с ИК ГСН, как и бортовая САП, выбранная в качестве прототипа, содержит источник направленного некогерентного модулированного ИК излучения, в цепи управления частотой модуляции которого установлен блок формирования управляющего воздействия, и систему наведения источника направленного некогерентного модулированного ИК излучения на атакующую ЗУР, задающий орган которой выполнен в виде устройства дистанционной регистрации УФ составляющей излучения факела реактивного двигателя атакующей ЗУР.
Отличие заявляемой бортовой САП для индивидуальной защиты ЛА от прототипа состоит в том, что САП дополнительно снабжена устройством дистанционной регистрации спектрального состава видимой и ИК составляющих излучения факела реактивного двигателя атакующей ЗУР, выход которого сопряжен через линию передачи команд управления с блоком формирования управляющего воздействия, в составе воспринимающего элемента, выполненного в виде гиперспектрометра с системой его наведения на атакующую ЗУР, которая сопряжена через линию передачи команд управления с системой наведения источника ИК излучения на атакующую ЗУР, и электронного блока обработки и анализа сигналов с выхода гиперспектрометра, включающего элемент оцифровки сигналов, задающий элемент, являющийся информационным источником эталонных сигналов, соответствующих спектрам излучения видимой и ИК составляющих излучения факела реактивных двигателей различных типов ЗУР, логического элемента сравнения сигналов, поступающих с элемента оцифровки и задающего элемента, и исполнительного элемента, задающего режим функционирования блока формирования управляющего воздействия с частотой, соответствующей частоте модуляции излучения от цели, принятой в ИК ГСН атакующей ЗУР.
На фиг.1 приведена блок-схема варианта конкретного выполнения бортовой САП для индивидуальной защиты ЛА от ЗУР с ИК ГСН. В данном конкретном случае САП содержит источник направленного некогерентного модулированного ИК излучения 1, в цепи управления частотой модуляции которого установлен блок формирования управляющего воздействия 2, систему наведения 3 источника ИК излучения 1 на атакующую ЗУР и устройство 4 дистанционной регистрации спектрального состава видимой и ИК составляющих излучения факела реактивного двигателя атакующей ЗУР, выход которого сопряжен через линию передачи команд управления 5 с блоком формирования управляющего воздействия 2. Устройство 4 содержит воспринимающий элемент 6, систему его наведения на атакующую ЗУР 7, сопряженную через линию передачи команд управления 8 с системой наведения 3 источника ИК излучения 1, и электронный блок 9 обработки и анализа сигналов с выхода воспринимающего элемента 6. В состав электронного блока 9 входят элемент оцифровки входящих сигналов 10, задающий элемент 11, являющийся информационным источником эталонных сигналов, соответствующих спектрам излучения видимой и ПК составляющих излучения факела реактивных двигателей различных типов ЗУР, логический элемент 12 сравнения сигналов, поступающих с элементов 10 и 11, исполнительный элемент 13, задающий режим функционирования блока формирования управляющего воздействия.
Принцип функционирования источника излучения 1 основан на преобразовании электрической энергии в ИК излучение с последующим его перераспределением в окружающем пространстве. Различные варианты технического осуществления устройств подобного рода достаточно хорошо известны. В данном конкретном случае излучающий элемент источника излучения 1 выполнен виде импульсной газоразрядной лампы с цезиевым наполнением, обеспечивающей генерацию ИК излучения, а блок 2 выполнен по обычной схеме, применяемой для импульсных газоразрядных ламп, т.е. в виде блока модуляции разрядного тока газоразрядной лампы по частоте. Задающий орган системы наведения 3 выполнен в виде комбинации работающих в УФ диапазоне оптического спектра пассивных ОЭ датчиков мгновенного обзора для дистанционной регистрации УФ составляющей излучения факела реактивного двигателя атакующей ЗУР. Такие датчики, как указано в [8] обладают высокой разрешающей способностью, быстродействием и точностью определения направления на атакующую ЗУР. Система наведения 7, осуществляющая пространственную ориентацию воспринимающего элемента 6 работает по принципу следящей системы [9]. Принцип действия такого устройства и варианты его технического осуществления применительно к светотехнической практике хорошо известны. Воспринимающий элемент 6 устройства 4 в данном конкретном случае выполнен в виде гиперспектрометра. По сложившейся в настоящее время терминологии [10] гиперспектральными называются измерения в диапазоне от нескольких сотен до тысячи спектральных каналов, а гиперспектрометром, соответственно, называется прибор, осуществляющий одновременно измерение спектральной и пространственной координат. Фундаментальной основой гиперспектрального метода является возможность исследования быстропротекающих процессов с излучением в оптическом диапазоне и, соответственно, идентификации химического состава исследуемого объекта. По существу гиперспектрометр является ОЭ прибором пассивного типа, в состав которого входят оптические и электронные звенья. Приемная оптическая система гиперспектрометра воспринимает световой поток, излучаемый наблюдаемым объектом (в данном конкретном случае - это факел реактивного двигателя ЗУР), определенным образом преобразует его (диспергирует, т.е. разделяет излучение по длинам волн) и направляет его на приемник излучения, который преобразует оптический сигнал в определенным образом структурированный электрический сигнал. Следует отметить, что в данном случае под термином «оптический сигнал» подразумевается излучение, которое является носителем информации [11]. Электрический сигнал посредством вторичной обработки, например оцифровки, можно преобразовать в сигнал, который по своим параметрам будет удовлетворять требованиям структурных элементов 11 и 12 блока обработки и анализа сигналов 9. Принцип построения гиперспектрометра и варианты его конструктивного исполнения приведены в работах [10, 12, 13]. Следует отметить, что использование гиперспектрометров для решения задач идентификации различных объектов по спектрам их излучения известны [13, 14, 15], но в составе бортовой САП для индивидуальной защиты ЛА от ЗУР с ИК ГСП он используется впервые. Принцип функционирования электронного блока 9 обработки и анализа сигналов с выхода гиперспектрометра (элемент 6) и варианты технического осуществления образующих его функциональных элементов достаточно хорошо известны и поэтому в данном конкретном случае подробного пояснения не требует.
Заявляемая бортовая САП для индивидуальной защиты ЛА от ЗУР с ИК ГСН работает следующим образом.
Первоначально, при отсутствии факта ракетной атаки, а только при ее угрозе источник направленного некогерентного модулированного ИК излучения 1 находится в дежурном режиме и генерация помехового излучения отсутствует. Задающий орган системы наведения 3 осуществляет «мгновенный» обзор пространства в зоне защиты ЛА. Факел реактивного двигателя атакующей ЗУР является источником излучения в УФ, видимом и ИК диапазонах оптического спектра и при входе атакующей ЗУР в зону чувствительности задающего органа системы наведения 3 он осуществляет регистрацию ракетной атаки путем дистанционной регистрации УФ составляющей излучения факела реактивного двигателя атакующей ЗУР. Система наведения 3 осуществляет наведение источника ИК излучения 1 на атакующую ЗУР и ее сопровождение. Одновременно система наведения 3 формирует сигнал управляющего воздействия, поступающий по линии передачи команд управления 8 на систему наведения 7, которая осуществляет наведение воспринимающего элемента 6 устройства 4 на атакующую ЗУР и ее сопровождение. Известно [17], что тип ракеты можно распознать по специфическим излучениям, связанным с горением топлива в реактивном двигателе. Дело в том, что компоненты топлива при горении излучают во вполне конкретных диапазонах спектра, а распределение интенсивности по различным участкам спектра характеризуют именно данное топливо. Таким образом, газовый след (факел) за ракетой это признак, позволяющий оптоэлектронным способом распознать тип атакующей ЗУР. Именно поэтому в данном конкретном случае воспринимающий элемент 6 выполнен в виде гиперспектрометра. Элемент 6 воспринимает излучение от факела реактивного двигателя атакующей ЗУР в видимом и ИК диапазонах и преобразует его в последовательность электрических сигналов. С выхода элемента 6 гиперспектральная информация в виде последовательности электрических сигналов поступает на вход электронного блока 9. Описания различных методов обработки гиперспектральных данных приведены в работе [16]. В данном конкретном случае сигнал поступает на вход элемента оцифровки 10 и сравнивается логическим элементом 12 с эталонными сигналами от задающего элемента 10. Результат сравнения поступает на исполнительный элемент 13, который в соответствии с заложенной в него программой вырабатывает управляющее воздействие, структура которого соответствует частоте модуляции ИК излучения от цели (атакуемого ЛА), принятой в ИК ГСН атакующей ЗУР. Под воздействием сигнала управляющего воздействия, поступающего по линии передачи команд управления 5, блок формирования управляющего воздействия 2 вырабатывает управляющее воздействие, определяющее закон модуляции разрядного тока излучающего элемента (газоразрядной лампы) направленного источника ИК излучения 1. Источник ИК излучения 1 переходит в режим генерации регулярной последовательности импульсов, частота следования которых соответствует частоте модуляции излучения от цели, принятой в ИК ГСН атакующей ЗУР, что существенно повышает эффективность ОЭП ИК ГСН атакующей ЗУР.
Совершенно очевидно, что эффективность функционирования заявляемой бортовой САП во многом зависит от знания спектральных оптических признаков объектов ОЭП. Как следует из работы [18] сбор информации о спектрах излучения видимой и ИК составляющих излучения компонент ракетного топлива различных типов ракет является одной из важнейших задач. Именно поэтому, с учетом необходимости защиты ЛА гражданского назначения от террористических атак, заявляемая бортовая САП должна быть выполнена в первую очередь для защиты ЛА от ПЗРК типа «Стрела» и «Игла», данные спектрах излучения ракетного топлива которых наиболее доступны.
Следует отметить, что заявляемая САП обеспечивает возможность расширения перечня подавляемых ПЗРК путем простого перепрограммирования блока 9 по мере расширения базы данных о спектрах излучения компонент ракетного топлива других типов ЗУР, причем такая модернизация может быть осуществлена при минимальных затратах средств и времени непосредственно у пользователя.
Промышленная применимость заявляемой бортовой САП для индивидуальной защиты ЛА от ЗУР с ИК ГСН определяется возможностью ее многократного воспроизведения в процессе производства с использованием стандартного оборудования, современных материалов и технологии.
Литература:
1. ЗВО, 2002, 
2, с.33.
2. ЗВО, 2012, 1, с.63.
3. Лазарев Л.П. Оптико-электронные приборы наведения летательных аппаратов, М.: Машиностроение, 1984.
4. Мишук М.Н. Защита самолетов от ракет с тепловыми головками самонаведения, М.: Воениздат, 1982.
5. ЗВО, 2002, 9, с.35.
6. Самодергин В.А. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, НИИ «ЗЕНИТ», МЭП, 1988.
7. ЗВО, 2005, 12, с.37.
8. ЗВО, 2003, 5, с.40.
9. Большая советская энциклопедия, М.: Изд. «Советская энциклопедия», 1976.
10. Датчики и системы, 2007, 8, с.33.
11. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы, М.: Сов. Радио, 1971.
12. Датчики и системы, 2008, 12, с.19.
13. Вестник МГТУ им. Н.Э.Баумана, Сер. «Приборостроение», 2006, 3, c.11.
14. Доклады Академии наук, 2004, т.397, 1, с.45.
15. Родионов А.И., Трошин К.Я., Орлов А.Г., Гиперспектральные исследования ламинарного горения. Тез. Докладов XVIII Международной конференции, Черноголовка: ИПХФ РАН, 2006, c.114.
16. Вестник МГТУ им. Н.Э.Баумана, Сер. «Приборостроение», 2006, 4, с.27.
17. Прикладная физика, 2000, 5, с.21.
18. Journal of Electronic Defence, 1998, 8, p.43.
Бортовая станция активных помех для защиты летательного аппарата от зенитных управляемых ракет с инфракрасными головками самонаведения, содержащая источник направленного некогерентного инфракрасного излучения, в цепи управления частотой модуляции которого установлен блок формирования управляющего воздействия, и систему наведения источника направленного некогерентного модулированного инфракрасного излучения на атакующую зенитную управляемую ракету, задающий орган которой выполнен в виде устройства дистанционной регистрации ультрафиолетовой составляющей излучения факела реактивного двигателя атакующей зенитной управляемой ракеты, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена устройством дистанционной регистрации спектрального состава видимой и инфракрасной составляющих излучения факела реактивного двигателя атакующей зенитной управляемой ракеты, выход которого сопряжен через линию передачи команд управления с блоком формирования управляющего воздействия, в составе воспринимающего элемента, выполненного в виде гиперспектрометра с системой его наведения на атакующую зенитную управляемую ракету, которая сопряжена через линию передач команд управления с системой наведения источника инфракрасного излучения на атакующую зенитную управляемую ракету, и электронного блока обработки и анализа сигналов с выхода гиперспектрометра, включающего элемент оцифровки сигналов, задающий элемент, являющийся информационным источником эталонных сигналов, соответствующих спектрам излучения видимой и инфракрасной составляющих излучения факела реактивных двигателей различных типов зенитных управляемых ракет, логического элемента сравнения сигналов, поступающих с элемента оцифровки и задающего элемента, и исполнительного элемента, задающего режим функционирования блока формирования управляющего воздействия с частотой, соответствующей частоте модуляции излучения от цели, принятой в инфракрасной головке самонаведения атакующей зенитной управляемой ракеты.
