Полл> В общем, с оптикой в качестве средства освещения обстановки и целеуказания мучаются уже достаточно давно:
Полл> Но пока что не выходит каменный цветок.
помнится еще в 1999г вышла книга про эскизное проектирования ЗРК Печора-2-3 - так окромя 2х МРЛС прелагалось добавить еще парочку автономных оптико-элекронных постов (мобильных или на прицепе), там даже вроде что-то типа лидара предлагалось использовать ===>
12. Принципы построения и основные характеристики автономного оптико-электронного поста
Высокие характеристики сопровождения целей при малых габаритах оптико-электронных систем создают предпосылки для рассмотрения воз-можности создания на их основе автономного оптико-электронного поста сопровождения целей и наведения ракет.
Нецелесообразность модернизации существующего парка ракет опреде-ляет необходимость сохранения реализованных методов управления ракета-ми. Это определяет возможность реализации в одном посту до 5 каналов управления ракетами и целесообразность построения его как 2 - 3 канально-го по цели.
Сопровождение ракет целесообразно сохранить по ответному радио-сигналу. Высокая мощность ответного сигнала 3-см диапазона определяет возможность использования достаточно простых фазовых средств угловой пеленгации ракет. Для этих целей возможно использование технического за-дела НПО «Альтаир» реализованного на базе элементов ФАР РПН системы С-300П в радиотехнической системе внешнетраекторных измерений «Река».
Таким образом, существуют все предпосылки в виде отдельных техни-ческих средств для создания автономного оптико-электронного поста сопро-вождения целей и наведения ракет в составе:
2-3 оптико-электронных комбинированных активно-пассивных систем обнаружения и сопровождения целей на базе пассивных систем обнаружения и сопровождения целей КБ «ТочМаш» и лазерных локаторов ГП НПО «Аст-рофизика» на базе газового лазера высокого давления на СО2;
1 фазового интерферометра типа «Река» НПО «Альтаир»;
1 передатчика команд на 5 ЗУР, который выполняется аналогично рас-смотренному для МРЛС на базе АФАР дцм-диапазона.
При этом:
• дальность действия поста по целям ограничивается влажностью атмо-сферы и дальностью метеорологической видимости;
• точность сопровождения целей по угловым координатам — не хуже 20 угловых секунд, а по дальности — менее 1 м;
• точность сопровождения ракет по угловым координатам — не хуже 20 угловых секунд, а по дальности — 3 - 5 м.
Приемная оптическая система пассивного и активного каналов
Как показывает проведенный анализ уверенное обнаружение целей по собственному и отраженному оптическому излучению возможно только в диапазоне дальнего ИК.
Применительно к обнаружению наиболее малоразмерных целей целесо-образным размером апертуры приемной оптики следует считать диаметр в пределах 300 мм. Реализуемые дальности обнаружения целей типа КР «То-махок» с носа приведены на рис.12.1 — 12.2.
Учитывая медианное значение быстрых (ширина спектра до 10 Гц) флюктуаций оптического луча этого диапазона вследствие турбулентности атмосферы в пределах до 20 угл. сек. нецелесообразно выбирать размер од-ного углового элемента разрешения приемной оптической системы менее этой величины. При использовании существующих матриц 256х256 размер окна «мгновенного» просмотра составит величину около 1.50х1,50. Предло-жения КБ «ТочМаш» по разработке в течение 1 года матриц размером 512х512 позволит увеличить величину одновременно осматриваемого секто-ра в 2 раза и пропорционально снизить требования к точности целеуказания.
Главным недостатком односпектральной аппаратуры является ее низкая помехоустойчивость для отстреливаемых пиротехнических ИК-ловушек. Традиционным методом селекции отстреливаемых пиротехнических ИК-ловушек в настоящее время является мгновенный спектральный анализ оп-тического излучения цели. Расчетные характеристики спектральной силы из-лучения цели типа КР «Томахок» с носка для различной температуры по-верхности приведены на рис.12.4.
Рис.12.4.
Разностные характеристики мощности принимаемого сигнала для спек-тральных диапазонов 8…12 и 3,5…5,5 мкм приведены на рис.12.5.
Из приведенной зависимости, очевидно, что значимый разностный по-рог селекции 3 дБ достигается при разности температур тел около 70К. По-этому, исходя из значительной распространенности и доступности пиротех-нических средств для срыва сопровождения целей или перенацеливания ра-кет на ИК-ловушки целесообразно применение двухдиапазонного теплови-зионного канала обнаружения-сопровождения целей среднего и дальнего ИК. При этом конструкция фотоприемника должна обеспечивать простран-ственное совпадение обнаружительных характеристик элементов оптических матриц для различных диапазонов излучения.
Оптическую схему пассивной оптической подсистемы СНР целесообраз-но строить по схеме Максутова. Это позволяет не только обеспечивать про-странственное совпадение обнаружительных характеристик элементов опти-ческих матриц для различных диапазонов излучения, существенно снизить геометрические размеры обнаружителя, но и заменить дородорогостоящие рефракторы, например, на основе металлического германия на значительно более дешевые рефлекторы с напылением (рис.12.6).
Рис. 12.6. Возможная схема построения
пассивной оптической подсистемы СНР.
Для условий обнаружения целей в дневных условиях за счет приема от-раженного от целей света Солнца оптическую систему целесообразно рас-ширить спектральным диапазоном 0,2 — 0,6 мкм, обеспечивающим прием максимума энергетического спектра Солнца. Этот диапазон также целесооб-разно разбить на 3 — 4 поддиапазона для наилучшего использования спек-трозонального цветового контраста между окрашенной поверхностью цели и фоном.
Приведенным условиям в наибольшей степени удовлетворяет оптиче-ский приемник, разрабатываемый КБ «ТочМаш» в рамках ОКР «Триумфа-тор-В». В основу фотоприемника положена идентичная кремниевая матрица 256х256 элементов (в перспективе 512х512), оптическая чувствительность которой в различных диапазонах определяется различным составом леги-рующих элементов.
Недостатком использования кремния в качестве основы оптического об-наружителя является невозможность получения достаточной чувствительно-сти для длин волн более 12 мкм. Однако, это ограничение для рассматрива-емого вида применения в плотных слоях атмосферы оптикоэлектронной си-стемы несущественно.
Достоинством предложенного «КБ ТочМаш» технического решения яв-ляется полная идентичность оптических матриц различных диапазонов чув-ствительности, что решает проблему пространственного совмещения элемен-тов разрешения различных частотных диапазонов для спектрального анали-за собственного и отраженного сигнала цели внутри одного элемента разре-шения. С другой стороны, применение кремниевой основы позволяет перей-ти от гелиевых температур охлаждения оптических матриц к неоновым тем-пературам, что на порядок снижает сложность конструкции охлаждающего устройства.
Дополнительным достоинством многоспектральной оптико-электронной системы является ее высокая помехозащищенность для активных средств за-светки. Лазерные устройства способны подавить чувствительность какого-либо одного частотного диапазона системы. Широкополосные источники, вследствие высокой яркостной температуры излучения (по требованиям при-емлемого КПД), не способны создать высокие мощности излучения в диапа-зоне дальнего ИК (см. рис.12.4), необходимые для перекрытия динамическо-го диапазона приемника.
Ошибки измерения угловых координат целей вследствие высокой аппа-ратурной разрешающей способности оптических систем (обусловленной уз-кими диаграммами направленности антенн), как правило, определяются уг-ловыми размерами объема разрешения. При этом положение цели внутри него не измеряется.
Дополнительные ошибки измерения угловых координат целей вносит турбулентность атмосферы. Как указывалось выше, медианное значение быстрых флуктуаций положения оптического луча для диапазона дальнего ИК на дальности 20 — 25 км составляет 20 угл. сек. Поэтому предложено ограничить угловые размеры объема разрешения пределом 20 угл. сек., что и определит ошибки измерения угловых координат целей.
Таким образом, для выбранной схемы построения приемной системы применительно к средствам пилотируемой авиации с размерами миделя 1…2 м (и более) существенное (приводящее к снижению реализуемой дальней границы зоны поражения целей) снижение дальности их обнаружения с носа наступает при влажности воздуха более 80% и метеорологической дальности видимости менее 3 км. Для случая обнаружения целей на параметре эти ограничения пропорционально снижаются.
Применительно к малоразмерным целям типа КР «Томахок» суще-ственное снижение дальности их обнаружения с носа наступает при влажно-сти воздуха более 60…70% и метеорологической дальности видимости менее 5 км. В наиболее сложных условиях (влажность 100% или метеорологиче-ская дальность видимости менее 1 км дальность обнаружения КР «Томахок» с носа снижается до 8…12 км. При визировании цели сбоку дальность ее об-наружения растет пропорционально увеличению площади проекции цели в плоскости визирования.
Применение соосной матрицы среднего ИК (3,5…5,5 мкм) при совмест-ной обработке амплитуды сигналов в каждом элементе разрешения матриц дальнего и среднего ИК позволит реализовать эффективные алгоритмы се-лекции пиротехнических ИК-ловушек и засветки объективов лазерным или широкополосным излучением.
Передающая оптическая система активного канала
Наиболее целесообразной схемой построения передающей оптической системы активного канала является применение газового лазера высокого давления (15…25 атм) на СО2, возбуждаемого электрическим разрядом. Это позволя-ет получить наименьшие габариты передатчика при высоком КПД (до 7…13%). Предполагается использование лазера с естественной расходимо-стью излучения без применения специальной оптики для его фокусирования. Это позволяет в принятой схеме приемника обеспечить одновременный под-свет до 20…25 приемных элементов разрешения.
Требуемая энергия излучения лазерного локатора для обнаружения це-ли с ЭПР = 0,5 м2 на фоне «холодного» неба в условиях «прозрачной» атмо-сферы на уровне моря (отсутствует туман, другие гидрометеоры, песчаные или пылевые образования) в зависимости от влажности воздуха при Т = 25С показана на рис.12.7.
Рис.12.7.
Для условий применения в климатических условиях с низкой влажно-стью (до 30…40%) нецелесообразно использовать энергию излучения не бо-лее 100 Дж. Для средней мощности излучения около 5 кВт (по условиям не-разрушения наиболее дешевых оптических материалов) это позволит рабо-тать с частотой повторения повторения импульсов до 50 Гц. При длительности импульса 10…40 нсек. это обеспечит хорошие характеристики сопровождения цели.
Для условий высокой влажности энергию излучения целесообразно вы-бирать в диапазоне более 1 кДж. Однако и в этом случае при высокой влаж-ности (более 80…90%) и метеорологической дальности видимости менее 1,5 км дальность захвата целей на сопровождение не превысит 8…13 км. Для средней мощности излучения около 5 кВт это позволит работать с частотой повторения импульсов не более 5 Гц, что потребует применения специаль-ных алгоритмов сглаживания.
Рис.12.8. Требуемая энергия излучения лазерного локатора для обнаружения цели с ЭПР = 0,5 м2 в тумане непоглощающих аэрозолей.
Вариантные проработки НПО «Астрофизика» подобного лазера в ва-рианте подвесного авиационного контейнера показали, что в зависимости от мощности излучения вес контейнера составляет не более 400кг. Однако при разработке использовался газовый лазер низкого давления. При переходе на лазер высокого давления следует ожидать существенного снижения массогабаритов не только самого лазера, но и установки охлаждения рабо-чего тела.
Ошибки измерения угловых координат целей определяются высокой аппаратурной разрешающей способности приемной оптической системы в пределах угловых размеров объема разрешения.
Дополнительные ошибки измерения угловых координат целей опреде-ляются турбулентностью атмосферы. Как указывалось выше, медианное зна-чение быстрых флуктуаций положения оптического луча для диапазона дальнего ИК на дальности 20 — 25 км составляет 20 угл. сек. Поэтому пред-ложено ограничить угловые размеры объема разрешения пределом 20 угл. сек., что и определит ошибки измерения угловых координат целей.
Таким образом, для выбранной схемы построения передающей и при-емной систем применительно к СВН с ЭПР = 0,5м2 целесообразно ограни-читься средней мощность излучения до 5 кВт. При этом потребление энергии одним целевым каналом составит до 50 кВт. Изменение длительности зонди-рующего импульса в пределах 10…100 нс позволит эффективно менять энергию излучения лазера в зависимости от складывающихся метеоусловий. Существенное (приводящее к снижению реализуемой дальней границы зоны поражения целей) снижение дальности обнаружения СВН наступает при влажности воздуха более 40…50% и метеорологической дальности видимо-сти менее 3 км. Для случая обнаружения целей на параметре эти ограниче-ния пропорционально снижаются.
Существенное снижение дальности обнаружения СВН наступает при влажности воздуха более 70% и метеорологической дальности видимости менее 2 км. В наиболее сложных условиях (влажность 100% или метеороло-гическая дальность видимости менее 1 км дальность обнаружения СВН с ЭПР = 0,5 м2 снижается до 8…12 км. При визировании цели сбоку дальность ее обнаружения растет пропорционально увеличению площади проекции це-ли в плоскости визирования.
Система сопровождения ракет
Сопровождение ракет целесообразно сохранить по ответному радио-сигналу. Высокая мощность ответного сигнала 3-см диапазона определяет возможность использования достаточно простых фазовых средств угловой пеленгации ракет. Для этих целей предлагается использование технического задела НПО «Альтаир» реализованного на базе элементов системы С-300П в радиотехнической системе внешнетраекторных измерений «Река».
Требуемая точность измерения координат объектов определяется высо-кой точностью пеленгации. Она достигается применением методов фазовой интерферометрии при максимальной базе интерферометра до 100 (3 м).
Заявленные характеристики многоканальной системы ВТИ «Река» по ответчику ракеты 5В55 приведены в таблице:
Анализ контура наведения ЗУР 5В27(Д) и реализуемых ошибок наведе-ния показал, что в пределах реализуемой зоны поражения точность сопро-вождения ракет по углу места достаточна в пределах до 20 угл. сек. Поэтому размер фазового пеленгатора целесообразно ограничить базой 50 (1,5 м).
Вариант построения антенного поста приведен на рис.12.9.
Рис.12.9. Вариант построения автономного ОЭП в варианте съемного контейнера
Основными размерами, определяющими габариты СНР, будут размеры фазового пеленгатора ЗУР — 1,5х1,5 м. Оптические элементы целесообразно разместить между ними.
Основными потребителями энергии будут передающие устройства оп-тических локаторов. Потребляемая
Потребляемая мощность каждым из них по первичным источникам электро-питания составит до 20 кВт (сквозной КПД 7…13%). Учитывая мощность применяемых в настоящее время источников электроснабжения целесооб-разно ограничение канальности СНР по целям до 2-х.
Вариант компоновки контейнера активно-пассивной оптической системы показан на рис.12.10.
Рис.12.10. Вариант компоновки контейнера активно-пассивной оптической системы
Вариант компоновки аппаратного контейнера показан на рис.12.11
пысы: кстати, может действительно в ОЭС на ЗРК МД ввести дополнительный лазерный канал для подсветки-подогрева "холодных" в ИК-диапазоне целей, чтоб обычные ПЗРК и ЗУР той же Стрелы-10 смогли на них наводится???
бонусом бы стало , наверное, улучшение видимости тех же БЛА-дроникадзе в видимом диапазоне, чтоб позволили бы по ним более эффективно применять стрелковое оружие и ЗА??
Это сообщение редактировалось 19.11.2020 в 12:09