CC BY
73
УДК 621.384.326
МЕТОДИКА ОБОСНОВАНИЯ ТРЕБОВАНИЙ К ОПТИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ АЭРОЗОЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ДЛЯ ПРЕРЫВАНИЯ СИГНАЛА УПРАВЛЕНИЯ ОБЪЕКТОМ В ЛАЗЕРНО-ЛУЧЕВОЙ СИСТЕМЕ ТЕЛЕУПРАВЛЕНИЯ
С.В. Утемов
С использованием метода преобразований случайных величин получено аналитическое выражение для оценки вероятности снижения мощности лазерного сигнала управления объектом до пороговой чувствительности бортового фотоприёмного устройства при воздействии маскирующей аэрозольной помехи на аппаратурный канал лазерно-лучевой системы телеуправления
Ключевые слова: оптические характеристики, аэрозольное образование
Одной из современных тенденций развития помехозащищённых систем наведения высокоточного оружия является создание лазерно-лучевых систем телеуправления, называемые также лазерно-лучевыми системами наведения (ЛЛСН) объектов. Функционирование лазерно-лучевых систем телеуправления в ряде случаев происходит в условиях маскирующих аэрозольных помех, приводящих к разрушению информации в канале визирования цели оператором и аппаратурном канале управления объектом.
Эффективность маскирующих аэрозольных помех существенно зависит от пространственных, временных и оптических характеристик аэрозольного образования (АО). Ранее в работах [1, 2] исследовалось влияние времени маскировки цели и прерывания сигнала управления объектом на качество его наведения, а в статьях [3, 4] разработаны методики обоснования требований к оптическим характеристикам аэрозольного образования только для случая прерывания видения цели оператором оптико-визуальной и тепловизионной систем. Известные методики расчёта не позволяют определить одну из основных макрофи-зических величин АО - его коэффициент пропускания, требуемый для разрушения информации в аппаратурном канале телеуправления объектом. Указанные обстоятельства вызывают необходимость доработки существующего методического аппарата для оценки качества наведения в условиях прерывания сигнала управления объектом маскирующим АО в лазерно-лучевой системе телеуправления.
Цель статьи - разработка методики обоснования требований к оптическим характеристикам аэрозольного образования для прерывания сигнала управления объектом в лазерно-лучевой системе телеуправления.
В качестве показателя эффективности применения маскирующих аэрозольных помех принята вероятность снижения мощности Ф лазерного сигнала управления объектом РС до пороговой чувствительности бортового фотоприёмного устройства (ФПУ) объекта. Эта мощность зависит от характеристик маскирующего аэрозольного образования и ошибок наведения оператора, представляющих собой рас-
Утемов Сергей Владимирович - ВАИУ, канд. техн. наук, старший научный сотрудник, тел. (473) 220-92-36
стояние г между ФПУ и оптической осью лазерного пучка. В связи с тем, что при распространении лазерного излучения в турбулентной атмосфере происходит перераспределение (блуждание) пучка, вызванное ошибками наведения оператора, мощность сигнала Ф является случайной величиной.
С учётом случайного характера распределения мощности сигнала управления объектом вероятность РС найдем по формуле
Ф
РС = \а(ФФ , (1)
0
где ю(Ф) - плотность распределения мощности сигнала управления объектом; Фп - пороговая чувствительность бортового ФПУ объекта.
В общем случае на плотность распределения ю(Ф) оказывают влияние два случайных процесса: процесс слежения за целью оператором и флуктуа-ционный процесс изменения мощности Ф при прохождении лазерного излучения через аэрозольное образование. Учёт влияния обоих процессов на величину сигнала, принимаемого бортовым ФПУ объекта, представляет значительные математические трудности. Однако задачу определения мощности сигнала Ф можно решить, если при оценке плотности распределения ю(Ф) пренебречь флуктуациями мощности сигнала управления объектом, а процесс прохождения лазерного излучения через аэрозольное облако считать детерминированным.
Зная зависимость мощности сигнала управления объектом от ошибок наведения оператора, можно определить плотность распределения этой мощности на входном зрачке бортового ФПУ объекта по формуле
со(Ф )= w(r)
Э r
Э Ф
= w[r = f (Ф
ЭФ
(2)
где ю(г) - плотность распределения ошибок наведения оператора.
В связи с тем, что на оператора действует совокупность большого числа факторов, приводящих к ошибкам наведения объекта, закон распределения ю(г) этих ошибок в соответствии с центральной предельной теоремой можно считать нормальным
(o(r ) =
1
4lña,
-exp
2s2
(3)
где ( - дисперсия ошибок наведения оператора. Распределение интенсивности по сечению лазер-
r
ного пучка является гауссовым Ф = Ф
exp II -
2a
(4)
где Ф0 - мощность излучения ЛЛСН, проходящего через входной зрачок ФПУ объекта при г=0; а - угловая расходимость лазерного пучка.
Определяя из формулы (4) ошибку наведения оператора как функцию мощности сигнала управления объектом т=/(Ф) и подставляя формулу (3) в выражение (2), находим
>(Ф )=■
a
2Фаи
pln Ф0
Ф
Ф_
Фп
(5)
После подстановки выражения (5) в формулу (1) и замены переменной определяем
1п и л
а ! 1 ! Л , (6)
Ре = l -
24пан
l
Í —== exp (- qz )dz
0 V z
где
q =
m=
фг
гт" Ф
и н п
Последняя формула позволяет в явном виде получить выражение для вычисления вероятности снижения мощности Ф лазерного сигнала управления объектом до пороговой чувствительности бортового ФПУ при воздействии маскирующего аэрозольного образования. Вычисляя входящий в выражение (6) интеграл, после преобразований получим
Рс = 1 - 2Г (-0=
^ (Гнл! 2 1п и где Г - интеграл вероятностей.
На рисунке приведены зависимости вероятности снижения мощности лазерного сигнала управления объектом до пороговой чувствительности бортового ФПУ Рс от отношения а „'а.
о?
Of,
О? о
1
s 2
/ л
/ /
¿y
Сф 1р
eje.
Зависимость вероятности срыва наведения объекта от отношения ан/а и превышения 1 мощности сигнала управления объектом: 1 - 1=1,05; 2 - 1=1,2; 3 - 1=1,5; 4 - 1=2
Из рисунка видно, что снижение мощности сигнала управления объектом ФО оказывает большее влияние на вероятность РС по сравнению с увеличением ошибок наведения оператора. Уровень снижения этой мощности определяется коэффициентом пропускания аэрозольного образования таз.
Требуемое для срыва наведения объекта значение коэффициента пропускания АО находим по
формуле t = ( D Л 2 где D = ut ; D max а 3 I D max J m
- максимальная дальность телеуправления; D - текущее расстояние от ЛЛСН до объекта; и - скорость полёта объекта; t - момент времени, с которого аэрозольное образование оказывает помеховое воздействие на лазерный сигнал управления объектом.
Таким образом, получено аналитическое выражение для оценки вероятности снижения мощности лазерного сигнала управления объектом до пороговой чувствительности бортового ФПУ при воздействии маскирующей аэрозольной помехи на аппаратурный канал лазерно-лучевой системы телеуправления. Установлено, что доминирующее влияние на эту вероятность оказывает снижение мощности управляющего сигнала по сравнению с увеличением ошибок наведения оператора.
Литература
1. Утемов С.В. Анализ качества функционирования лазерно-лучевой системы наведения объектов при прерывании информации в контуре управления / С.В. Утемов, В.В. Потапов // Боеприпасы. - 2002. - № 5. - С. 38-42.
2. Утемов С.В. Статистические характеристики промаха управляемой ракеты при прерывании информации в контуре управления в условиях действующих на ракету ветровых нагрузок / С.В. Утемов // Актуальные проблемы защиты и безопасности (приложение к журналу «Известия Российской академии ракетно-артиллерийских наук»). -2006. - Т. 3. - С. 208-213.
3. Утемов С.В. Методика обоснования требований к оптическим характеристикам аэрозольного образования для прерывания видения цели оператором оптико-визуальной системы / С.В. Утемов // Вестник Воронежского государственного технического университета. -2009. - Т. 5. - № 5. - С. 128-130.
4. Утемов С.В. Методика обоснования требований к оптическим характеристикам аэрозольных помех для прерывания видения цели оператором тепловизионной системы / С.В. Утемов // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2009. - Т. 5. - № 12.
- С. 23-25.
Bоенный авиационный инженерный университет (г. Bоронеж)
THE METHODS OF SUBSTANTIATION OF REQUIREMENTS TO OPTICAL CHARACTERISTICS OF AEROSOL FORMATION FOR INTERRUPTION OF THE SIGNAL OF MANAGEMENT OBJECT IN LAZER-BEAM SYSTEM OF TELECONTROL
S.V. Utyomov
With use of the methods of transformations of random variables analytical expression for an estimation of probability of decrease in capacity of a laser signal of management by object to threshold sensitivity of an onboard photointake is received at influence of a masking aerosol hindrance on the hardware channel of lazer-beam system of telecontrol Key words: optical characteristics, aerosol formation
r
2
a
s
2
a
