Наземная система оптоэлектронного противодействия для защиты летательных аппаратов от зенитных управляемых ракет с инфракрасными головками самонаведения
Полезная модель относится к устройствам защиты летательных аппаратов, преимущественно гражданского назначения, от зенитных управляемых ракет с инфракрасными головками самонаведения посредством постановки имитирующей активной помехи в зоне взлета и посадки летательных аппаратов.
Особенность конструкции предлагаемого устройства состоит в том, что оно выполнено автономным от защищаемого летательного аппарата в виде группы идентичных по светотехническим характеристикам излучателей имитирующей активной помехи наземного базирования, причем каждый единичный излучатель имитирующей активной помехи снабжен устройством дистанционной регистрации спектрального состава видимой и инфракрасной составляющей излучения факела реактивного двигателя атакующей ракеты, воспринимающий элемент которого выполнен в виде гиперспектрометра.
Предлагаемое устройство обеспечивает возможность идентификации типа атакующей ракеты по спектральному составу излучения факела ее реактивного двигателя и генерации излучения активной помехи с частотой модуляции излучения от цели, принятой в головке самонаведения атакующей ракеты.
Прилагаемое устройство обеспечивает эффективную защиту ЛА, преимущественно гражданского назначения, в зоне взлета и посадки от террористических атак с использованием переносных зенитно-ракетных комплексов.
Полезная модель относится к устройствам противодействия средствам поражающего воздействия, снабженных оптоэлектронными системами наведения, в частности к устройствам защиты летательных аппаратов (ЛА) гражданского назначения от зенитных управляемых ракет (ЗУР) с инфракрасными (ИК) головками самонаведения (ЗУР) переносных зенитно-ракетных комплексов (ПЗРК).
Вопросам разработки средств защиты ЛА от высокоточного оружия уделяется пристальное внимание во многих странах мира. Как указано в работе [1] результаты комплексных исследований причин боевых потерь ЛА показывают, что свыше 90% ЛА было поражено входящими в состав ПЗРК ЗУР, оснащенными ИК ГСН.
ИК ГСН ЗУР является, по существу, оптоэлектронным прибором пассивного типа с ИК каналом связи «ЗУР-ЛА», который предназначен для дискретного во времени получения информации о угловых координатах цели (атакуемого ЛА) посредством регистрации непрерывного во времени ПК излучения от цели (собственного теплового излучения атакуемого ЛА) и выработки соответствующих сигналов в тракте управления полета атакующей ЗУР. Механизм противодействия нормальному функционированию ИК ГСН ЗУР (т.н. оптоэлектронное противодействие (ОЭП)) достаточно хорошо известен [3, 4]. Процесс ОЭП ИК ГСП ЗУР основан на формировании в пределах зоны окружающего ЛА пространства, которую перекрывает индикатриса собственного ИК излучения ЛА (т.н. атакоопасная зона) помехового излучения в виде некогерентного модулированного по амплитуде ПК излучения (т.н. имитирующая активная помеха), интенсивность (пиковая сила излучения) которого превышает интенсивность собственного ИК излучения ЛА в заданное число раз.
Совершенно очевидно, что в самом общем случае процесс ОЭП ИКГСН ЗУР должен включать в себя ряд взаимосвязанных этапов - обнаружение атакующей ЗУР, идентификация типа атакующей ЗУР, наведение источника помехового излучения на ИК ГСН атакующей ЗУР и осуществление собственно ОЭП посредством воздействия помеховым излучением на ИК ГСН атакующей ЗУР. Именно поэтому предназначенные для осуществления ОЭП ИК ГСН ЗУР устройства (т.н. системы ОЭП (СОЭП)) с необходимостью содержат по крайней мере два взаимосвязанных блока - блок формирования в направлении на атакующую ЗУР излучения имитирующей активной помехи и блок регистрации ракетной атаки. Как следует из самого принципа функционирования СОЭП, такое устройство должно обладать способностью регистрировать признаки характеризующие атакующую ЗУР. Основным носителем полезной информации о местоположении атакующей ЗУР в оптическом диапазоне электромагнитных волн является факел ее реактивной двигательной установки (РДУ), который является источником излучения в ПК, видимом и ультрафиолетовом (УФ) диапазонах. Для регистрации нахождения атакующей ЗУР в атакоопасной зоне в настоящее время преимущественно используется УФ составляющая излучения факела РДУ ЗУР [5]. Анализ имеющих практическое применение технических средств ОЭП показывает, что все известные СОЭП выполнены с возможностью воздействия на ИК ГСП ЗУР непосредственно с борта атакуемого ЛА (т.н. бортовые СОЭП) [5] и предназначены исключительно для индивидуальной защиты ЛА военного назначения. Так, известна разработанная американской фирмой «Нортроп - Груман» бортовая СОЭП для индивидуальной защиты ЛА от ЗУР с ИК ГСН - LAIRCM AN/AAQ - 24 (v) [6], которая содержит источник направленного некогерентного модулированного ИК излучения и устройство пространственной ориентации источника ИК излучения, задающий орган которого выполнен с возможностью дистанционной регистрации УФ составляющей излучения факела РДУ атакующей ЗУР.
Следует отметить, что, как следует из [7], в последнее время участились случаи применения ПЗРК, и в первую очередь ПЗРК типа «Стрела», «Игла», «Стингер», различными бандформированиями и террористическими организациями для поражения ЛА гражданского назначения преимущественно на маловысотных участках полета в районах взлета и посадки. Так, в соответствии с [7], лайнер Боинг 727 авиакомпании «Конго эрлайнс» сбит с 40 пассажирами на борту при взлете из аэропорта Кинду, лайнер Боинг 757 израильской авиакомпании «Аркиа эрлайнс» обстрелян двумя ПЗРК «Стрела» при наборе высоты после взлета из аэропорта г.Момбаса в Кении, самолет А-300 американской компании DHL поражен ПЗРК «Игла» при взлете в аэропорту г.Багдад. Приведенные в [7] данные с очевидностью показывают, что в настоящее время возникла насущная необходимость защиты ЛА гражданского назначения от ПЗРК и, в первую очередь, от ПЗРК типа «Стрела» и «Игла». В принципе возможны два различных направления разработки СОЭП для защиты ЛА гражданского назначения от поражающего воздействия ЗУР с ИКГСН - осуществить модернизацию бортовых СОЭП, предназначенных для установки на ЛА военного назначения, с целью их адаптации к условиям применения на борту ЛА гражданского назначения или разработать СОЭП наземного базирования, предназначенных для установки на территории, примыкающей к зоне взлета и посадки ЛА гражданского назначения.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в обеспечении ОЭП ЗУР с ИК ГСП полностью автономными от защищаемого ЛА постановщиками имитирующих активных помех наземного базирования.
Технический результат заключается в обеспечении защиты ЛА, преимущественно гражданского назначения, на этапах взлета и посадки от ЗУР с ИН ГСН ПЗРК.
Принимая во внимание, что с учетом назначения аналоги заявляемого устройства неизвестны, формула полезной модели составлена без выделения отличительной части.
Заявляемая наземная СОЭП для защиты ЛА от ЗУР с ИК ГСН содержит группу стационарно установленных на территории, примыкающей к взлетно-посадочной полосе, идентичных по светотехническим характеристикам излучателей имитирующих активных помех, совокупная индикатриса излучений которых перекрывает атакоопасную зону окружающего взлетно-посадочную полосу пространства при взлете и посадке ЛА, каждый из которых содержит источник модулированного некогерентного ИК излучения, в цели управления частотой модуляции которого установлен блок формирования управляющего воздействия, вход которого сопряжен через линию передачи команд управления с выходом устройства дистанционной регистрации спектрального состава видимой и ИК составляющих излучения факела РДУ атакующей ЗУР в составе воспринимающего элемента, выполненного в виде гиперспектрометра, электронного блока обработки и анализа сигналов с выхода гиперспектрометра, включающего элемент оцифровки сигналов, задающий элемент, являющийся информационным источником эталонных сигналов, соответствующих спектрам видимой и ИК составляющих излучения факелов РДУ 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.
В заявляемой наземной СОЭП для защиты ЛА от ЗУР с ИК ГСН использован секторный принцип построения зоны защиты ЛА группой стационарно установленных на территории, примыкающей к взлетно-посадочной полосе, идентичных по светотехническим характеристикам излучателей имитирующей активной помехи. Пространственная ориентация и расстояние между соседними единичными излучателями таковы, что обеспечивают в совокупности перекрытие атакоопасной зоны окружающего взлетно-посадочную полосу пространства при взлете и посадке ЛА. Требуемая конфигурация зоны защиты формируется пространственным размещением излучателей имитирующей активной помехи, образующей группу, и в каждом отдельном случае определяется индивидуально. Следует отметить, что согласно [4], геометрия атакоопасной зоны определяется индикатрисой собственного ИК излучения атакуемого ЛА, которая у самолетов, снабженных РДУ, на дозвуковых скоростях (в частности при взлете и посадке) имеет резко выраженный направленный характер и не превышает [3] 20-30 градусов в экваториальной и азимутальной (относительно самолета) плоскостях. В этом случае наиболее целесообразно размещать излучатели вдоль взлетно-посадочной полосы, в непосредственной близости от нее. Взаимная пространственная ориентация излучателей может быть осуществлена одним из известных в светотехнической практике способов и подробного пояснения не требует. Количество образующих группу излучателей определяется в каждом конкретном случае индивидуально.
На фиг.1 приведена блок-схема варианта конкретного выполнения входящего в состав наземной СОЭП для защиты ЛА от ЗУР с ИК ГСН единичного излучателя имитирующих активных помех. В данном конкретном случае единичный излучатель имитирующих активных помех содержит источник направленного модулированного некогерентного ПК излучения 1, в цели управления частотой модуляции которого установлен блок формирования управляющего воздействия 2, вход которого сопряжен через линию передачи команд управления 3 с выходом устройства 4 дистанционной регистрации спектрального состава видимой и ИК составляющих излучения факела РДУ атакующей ЗУР. Устройство 4 содержит воспринимающий элемент 5, электронный блок 6 обработки и анализа сигналов с выхода воспринимающего элемента 5 и исполнительный элемент 7, задающий режим функционирования блока 2. В состав электронного блока 6 входят элемент оцифровки входящих сигналов 8, задающий элемент 9, являющийся информационным источником эталонных сигналов, соответствующих спектрам излучения видимой и ИК составляющих излучения факела РДУ различных типов ЗУР, и логический элемент 10 сравнения сигналов, поступающих с элементов 8 и 9.
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 (на фиг.1 не показан) источника излучения 1 выполнен в виде газоразрядной лампы с цезиевым наполнением, обеспечивающей генерацию ПК излучения, а блок 2 выполнен по обычной схеме, применимой для импульсных газоразрядных ламп, т.е. в виде блока модуляции разрядного тока газоразрядной лампы по частоте. Следует отметить, что одна из основных проблем при осуществлении ОЭП ИК ГСН УР 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, принятой в ГСН атакующей ЗУР [4]. При несовпадении указанных частот, как это указано в [4], время воздействия активной помехи до срыва самонаведения существенно возрастает, что абсолютно недопустимо, т.к. приводит к снижению эффективности ОЭП по критерию промаха атакующей ЗУР. Воспринимающий элемент 5 устройства 4 выполнен в виде гиперспектрометра. По сложившейся в настоящее время терминологии [8] гиперспектральными называются измерения в диапазоне от нескольких сотен до тысячи спектральных каналов, а гиперспектрометром, соответственно, называется прибор, осуществляющий одновременное 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 оптоэлектронным прибором пассивного типа, в состав которого входят оптические и электронные звенья. Приемная оптическая система гиперспектрометра воспринимает световой поток, излучаемый наблюдаемым объектом (в данном случае - это факел РДУ 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 полезной информации [9]. Электрический сигнал посредством вторичной обработки, например оцифровки, можно преобразовать в сигнал, который по своим параметрам будет удовлетворять требованиям структурных элементов 9 и 10 электронного блока обработки и анализа сигналов 6. Принцип построения гиперспектрометра и варианты его конструктивного исполнения приведены в работах [8, 10, 11]. Следует отметить, что использование гиперспектрометра для решения задач идентификации различных объектов по спектрам их излучения известно [11, 12, 13], но в составе наземной СОЭП для защиты ЛА от ЗУР с ИК ГСН он используется впервые. Принцип функционирования электронного блока 6 обработки и анализа сигналов с выхода гиперспектрометра (воспринимающий элемент 5) и варианты технического выполнения образующих его функциональных элементов достаточно хорошо известны и, поэтому, в данном конкретном случае подробного пояснения не требуют.
Заявляемая наземная СОЭП для защиты ЛА от ЗУР с ИК. ГСП работает следующим образом.
Первоначально, при отсутствии факта ракетной атаки, а только при ее угрозе, каждый из образующих группу излучателей имитирующих активных помех находится в дежурном режиме и генерация помехового излучения отсутствует. Факел РДУ ЗУР является источником излучения в УФ, видимой и ИК диапазонах оптического спектра и при входе ЗУР в зону чувствительности воспринимающего элемента 5 (одного из образующих группу) единичного излучателя элемент 5 осуществляет регистрацию ракетной атаки путем дистанционной регистрации видимой и ИК составляющих излучения факела РДУ атакующей ЗУР. Известно [14], что тип ракеты можно распознать по специфическим излучениям, связанным с горением топлива в РДУ. Дело в том, что компоненты топлива при горении излучают во вполне конкретных диапазонах спектра, а распределение интенсивности по различным участкам спектра характеризует именно данное топливо. Таким образом, газовый след (факел) за атакующей ЗУР это признак, позволяющий оптоэлектронным способом установить тип атакующей ЗУР. Именно поэтому воспринимающий элемент 5 выполнен в виде гиперспектрометра. Элемент 5 (гиперспектрометр) воспринимает излучение от факела РДУ атакующей ЗУР в видимом и ИК диапазонах оптического спектра и преобразует его в последовательность электрических сигналов. С выхода воспринимающего элемента 5 гиперспектральная информация в виде последовательности электрических сигналов поступает на вход электронного блока 6. Описание различных методов обработки гиперспектральных данных приведено в работе [15]. В данном конкретном случае сигнал поступает на вход элемента оцифровки 8 и сравнивается логическим элементом 10 с эталонными сигналами от задающего элемента 9. Результат сравнения поступает на исполнительный элемент 7, который в соответствии с заложенной в него программой вырабатывает управляющее воздействие, структура которого соответствует частоте модуляции ИК излучения от цели, принятой в ИК ГСН атакующей ЗУР. Под воздействием сигнала управляющего воздействия, поступающего по линии передачи команд управления 3, блок формирования управляющего воздействия 2 вырабатывает управляющее воздействие, определяющее закон модуляции разрядного тока излучающего элемента (на фиг.1 не показан) источника модулированного ИК излучения 1. Источник излучения 1 переходит в боевой режим и осуществляет генерацию регулярной последовательности импульсов, частота следования которых соответствует частоте модуляции излучения от цели, принятой в ИК ГСН атакующей ЗУР, препятствуя, тем самым, наведению ЗУР на ЛА. Остальные излучатели имитирующих активных помех, входящие в состав группы, при этом остаются в дежурном режиме. При выходе атакующей ЗУР из зоны чувствительности воспринимающего элемента 5 излучателя, указанный излучатель переходит из боевого режима в дежурный режим функционирования. Одновременно происходит запуск боевого режима функционирования другого единичного излучателя, входящего в состав группы, в зону чувствительности которого переместилась атакующая ЗУР. Указанный излучатель переходит в боевой режим и осуществляет генерацию имитирующей активной помехи в направлении на атакующую ЗУР. Таким образом, при перемещении атакующей ЗУР в атакоопасной зоне окружающего взлетно-посадочную полосу пространства на нее последовательно осуществляют воздействие помехового излучения входящие в состав группы излучатели, частоты модуляции излучения которых соответствуют частоте модуляции от цели, принятой в ИК ГСН атакующей ЗУР, что существенно повышает эффективность ОЭП ИК ГСН атакующей ЗУР. При осуществлении противником одновременного пуска ЗУР с различных направлений формирование помехового излучения осуществляется различными излучателями входящими в группу, причем ОЭП осуществляется одновременно, на атакующие с разных направлений ЗУР.
Совершенно очевидно, что эффективность функционирования заявляемой наземной СОЭП во многом зависит от знания спектральных оптических признаков объектов ОЭП. Как следует из работы [16] сбор информации о спектрах излучения видимой и ИК составляющих излучения компонент реактивного топлива различных типов ракет является одной из важнейших задач. Именно поэтому, с учетом необходимости защиты ЛА гражданского назначения от террористических атак в зоне взлета и посадки ЛА, заявляемая СОЭП наземного базирования должна быть выполнена, как это следует из [7], в первую очередь для защиты ЛА от ПЗРК типа «Стрела» и «Игла», данные о спектрах излучения реактивного топлива которых наиболее доступны.
Следует отметить, что заявляемая конструкция наземной СОЭП обеспечивает возможность расширения перечня подавляемых ПЗРК путем простого перепрограммирования блока 6 по мере расширения базы данных о спектрах излучения компонент реактивного топлива других типов ЗУР, причем такая модернизация может быть осуществлена при минимальных затратах средств и времени непосредственно у пользователя. К достоинствам заявляемой наземной СОЭП следует также отнести - высокую степень автоматизации процесса ОЭП, избирательность действия, скрытность работы, высокую функциональную надежность.
Промышленная применимость заявляемой наземной СОЭП для 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. Зарубежное военное обозрение, 2002, 
2, с.33.
2. Лазарев Л.П. Оптико-электронные приборы наведения летательных аппаратов, М.: Машиностроение, 1984.
3. Мишук М.Н. Защита самолетов от ракет с тепловыми головками самонаведения, М.: Воениздат, 1982.
4. Самодергин В.А. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, НИИ «ЗЕНИТ», МЭП, 1988.
5. Зарубежное военное обозрение, 2002, 9, с.35.
6. Зарубежное военное обозрение, 2005, 12, с.37.
7. Зарубежное военное обозрение, 2012, 1, с.63.
8. Датчики и системы, 2007, 8, с.33.
9. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы, М.: Сов. Радио, 1971.
10. Датчики и системы, 2008, 12, с.19.
11. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана, сер. «Приборостроение», 2006, 3, с.11.
12. Доклады Академии наук, 2004, т.397, 1, с.45.
13. Родионов А.И., Трошин К.Я., Орлов А.Г., Гиперспектральные исследования ламинарного горения, Тез. Докладов XVIII Международной конференции, Черноголовка: ИПХФ РАН, 2006, с.114.
14. Прикладная физика, 2000, 5, с.21.
15. Вестник МГТУ им. Н.Э.Баумана, сер. «Приборостроение», 2006, 4, с.27.
16. Journal of Electronic Defence, 1998, 8, p.43.
Наземная система оптоэлектронного противодействия для защиты летательных аппаратов от зенитных управляемых ракет с инфракрасными головками самонаведения, содержащая группу стационарно установленных на территории, примыкающей к взлетно-посадочной полосе, идентичных по светотехническим характеристикам излучателей имитирующей активной помехи, совокупная индикатриса излучений которых перекрывает атакоопасную зону окружающего взлетно-посадочную полосу пространства при взлете и посадке летательного аппарата, каждый из излучателей имитирующей активной помехи содержит источник модулированного некогерентного инфракрасного излучения, в цепи управления частотой модуляции которого установлен блок формирования управляющего воздействия, вход которого сопряжен через линию передачи команд управления с выходом устройства дистанционной регистрации спектрального состава видимой и инфракрасной составляющих излучения факела реактивной двигательной установки атакующей зенитной управляемой ракеты в составе воспринимающего элемента, выполненного в виде гиперспектрометра, электронного блока обработки и анализа сигналов с выхода гиперспектрометра, включающего элемент оцифровки сигналов, задающий элемент, являющийся информационным источником эталонных сигналов, соответствующих спектрам видимой и инфракрасной составляющих излучения факелов реактивных двигательных установок различных типов зенитных управляемых ракет, логический элемент 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.
