CC BY
21
Kurbatskiy Sergey Alexeyevich, lead of department, cdbae@,cdbae. ru, Russia, Tula, JSC CDBAE,
Karandin Denis Borisovich, head of the department, cdbae@,cdbae. ru, Russia, Tyumen, Tyumen VVAI,
Rumyantsev Vladimir Lvovich, doctor of technical sciences, professor, head of department, cdbae@,cdbae. ru, Russia, Tula, JSC CDBAE
УДК 371.693
МОДЕЛЬ ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ АТМОСФЕРНЫХ АЭРОЗОЛЬНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ НА ВИЗУАЛЬНУЮ ОБСТАНОВКУ ДЛЯ ОПЕРАТОРА ПТРК
Н.С. Акиншин, А.И. Ковинько, А.Е. Романюта, И.А. Ростовцев
На основе анализа экспериментального материала создана модель, для различных состояний оптической погоды, каждая из которых характеризуется ансамблем входных параметров, при определенном профиле спектральной зависимости объемных коэффициентов аэрозольного ослабления. Дана оценка видимости цели оператором ПТРК с тепловизионной системой наведения при наличии кратковременных аэрозольных помех.
Ключевые слова: аэрозольные помехи, тренажерная система, оптическое излучение.
Наличие оптического канала наведения в системе управления делает ПТРК весьма чувствительным к воздействию аэрозольных помех, возникающих при боевом применении комплексов. Воздействие подобных помех связано с ухудшением видимости цели оператором, что приводит к снижению вероятности поражения цели с первого пуска и живучести ПТРК на поле боя. Аэрозольные помехи могут быть естественного (туман, дождь, облачность) и искусственного (пыледымовые облака от движения техники, специальные дымовые средства, разрывы снарядов) происхождения. Эти соображения делают задачу обучения операторов работе в сложной оптической обстановке одной из главных задач профессиональной подготовки в целом. Учитывая особенности функционирования различных анализаторов человека, специалисты стремятся к тому, чтобы такой тренажер позволил создать наиболее полную и точную копию информационной модели работы комплекса в реальном масштабе времени в виртуальной среде, максимально приближенной к реальной.
Современная тренажерная система представляет собой сложнейшее техническое устройство, содержащее в своем составе модели (имитаторы) отдельных систем. Поскольку основные операции при работе ПТРК выполняются визуально, остановимся более подробно на имитаторе визуальной обстановки, который представляет обучаемому информацию о состоянии окружающей среды и положении обучаемого в данной среде.
Для многих задач обучения (особенно связанных с адекватностью зрительного восприятия информационной величины) необходимо учитывать закономерности восприятия, которые изменяются в зависимости от угла зрения, дальности видимости и состояния окружающей среды, т. е. наличия монотонных (типа тумана) и немонотонных (типа рваной облачности, задымленности, пылевых облаков и т. п.) аэрозольных помех.
Поэтому целью работы является синтез математической модели влияния аэрозольных помех, которая учитывает влияние.
179
Спектр пропускания атмосферы весьма неоднороден - наряду с обширными областями очень интенсивных полос поглощения атмосферных газов имеются и так называемые окна прозрачности, в диапазонах длин волн которых обычно выбирается середина рабочего участка для той или иной оптико-электронной системы и где подчас решающее значение в ослаблении оптического излучения играет атмосферный аэрозоль.
В качестве основной количественной характеристики ослабления параллельного потока радиации в аэрозольной атмосфере следует рассматривать входящий в выражение Бугера [1] объемный показатель аэрозольного ослабления:
а а р I а п,
равный сумме объемных показателей рассеяния ар и поглощения ап.
В задачах расчета переноса излучения через замутненные диспергированным веществом среды используются положения теории Ми, изложенные в монографиях [2, 3] и в виде руководства для инженерных положений [4]. Согласно теории Ми:
¥
а Р,п = N £ кр,п (п, 1)1 (г¥г,
о
где Кр,п - соответственно показатели ослабления, рассеяния и поглощения /-ой частицы среды; N - общее количество частиц; _Дг) - функция распределения частиц аэрозоля по размерам, удовлетворяющим условию:
| / (г )ёг = 1.
При расчетах удобно рассматривать отношения показателей Кр,п к геометриче-
2
скому сечению частицы пг , а именно величины:
К Кр к
К = К; КР =-Р; К - Кп
2' Р 2' n 2 ' pr pr pr
которые, следуя терминологии [1] называются, соответственно, факторами эффективного ослабления рассеяния и поглощения, и являются достаточно сложными функциями так называемого относительного размера частиц:
2pr р=—•
где r - радиус частицы; X - длина волны излучения и показателя преломления вещества частицы m = n - ix.
Значения функции Km,n(p,m) рассчитаны и затабулированы, как в монографиях [2, 3], так и в других изданиях для случаев сферических частиц, эллипсов и ряда других форм, К настоящему времени разработано несколько моделей, которые позволяют описать спектральный ход оптической толщи атмосферы в окнах прозрачности [6]. Однако общим недостатком, присущим этим моделям, следует считать их статичность. Они отражают некоторые «средние» условия и не учитывают реальные флуктуации оптической плотности аэрозольной атмосферы, связанные с изменчивостью синоптических процессов.
Модель оптического состояния приземного слоя воздуха [6, 7] основана на синтезе результатов обобщения натурных экспериментов, выполненных в разнообразных погодных условиях и свободна в значительной мере от указанного выше недостатка, т.к. позволяет описывать реальные изменения пропускания атмосферы, причем в форме, наиболее отвечающей требованиям разработчиков оптико-электронных систем.
При построении аэрозольного блока модели основной упор сделан на определение оптимального ансамбля критериев для идентификации оптического состояния аэрозоля. Основными характеристиками ансамбля входных параметров аэрозольного блока является метеорологическая дальность видимости (МДВ) - Sm, относительная влажность f и температура воздуха t.
В результате комплексного подхода при анализе экспериментального материала создана модель, охватывающая различные состояния оптической погоды, каждая из которых характеризуется ансамблем входных параметров, а главное - определенным профилем спектральной зависимости объемных коэффициентов аэрозольного ослабления а.
Для аналитического описания а в рамках выделенного состояния атмосферы используется соотношение:
=«0,55 к + п1 -1""2]
где по, И1, п - эмпирические коэффициенты; ао,55 - коэффициент ослабления на X - 0,55 мкм (Бы = 3,91 / ао,55). Некоторые значения по, П1, п для характерных состояний оптической погоды с соответствующими градациями приведены в табл. 1.
Таблица 1
№ п/п Тип оптической погоды Синоптическая ситуация Температура воздуха, °С Относительная влажность, % МДВ по П1 П2
1 Дымка антициклон, северовосточная европейская область от -20 до 20 0-90 10-50 0,03 0,35 2
2 Туманная дымка от -12 до 25 90-100 5-10 0,22 0,57 0,65
3 Дымка та же от -12 до 25 60-90 5-15 0,3 0,37 0,9
4 Ледяной туман тепловые сектора циклонов субтропических широт от -35 до -12 70-90 1-5 0,56 0,39 0,39
5 Мгла квазистационарные антициклоны > 0 < 40 - 0 1 0
Не менее важным для расчета переноса радиации в атмосфере является фактор ослабления, связанный с континуальным поглощением излучения. Соответствующая проблема находится в центре внимания исследователей и обсуждается интенсивно уже продолжительное время в связи с определенными расхождениями и неоднозначной интерпретацией имеющихся экспериментальных данных.
В данной работе приняты результаты исследований [1], которые позволили получить статистически обеспеченные коэффициенты континуального поглощения, в аналитическом виде следующие выражения вида:
К = КХРЭ + К2е,
где К - суммарный коэффициент поглощения; РЭ - эффективное давление; е - парциальное давление паров воды, атм. В табл. 2 приведены спектральные значения коэффициентов К1 и К2.
Таблица2
Спектральные значения коэффициентов К1 и К2 _
X, мкм 1,06 1,63 3,97 8,63 10,1 12,01
К1, см-1хатм-1 1,01 0,02 0,03 0,06-0,09 0,08-0,11 0,11
К2, см-1хатм-1 0 0 0 0-3 0-3 7
В общем виде оптическая толщина в окнах прозрачности атмосферы за счет аэрозольного ослабления и континуального поглощения излучения парами воды определяется выражением
«0,55 По + П11"П2 )+ К1РЭ + Кге ^^ 1 Б,
ах Б =
где Б - протяженность оптической трассы.
273 +1
Суммарная погрешность оценки оптической толщины трасс визирования по предлагаемой модели оценивается в 15.. .20 %.
Приведенные соотношения далеко не исчерпывают всех задач оценки помехоустойчивости тепловизионных приборов. Это может стать предметом самостоятельной задачи, тем не менее, полученные данные позволяют иметь представление о качественном показателе влияния некоторых параметров атмосферы на работу тепловизионных приборов и в первую очередь прицелов противотанковых комплексов.
Список литературы
1. Применение дымов в бою и операции / под ред. Пичкалова В.К. М: Воениз-дат, 1975.
2. Иванов В.П. Прикладная оптика атмосферы в тепловидении. Казань: «Новое издание», 2000.
3. Филиппов В.Л., Макаров А.С., Иванов В.П. Оптическая погода в нижней тропосфере (электрический метод расчета ослабления ИК излучения). Казань: Дом печати, 1998. 172 с.
4. Ллойд Дж. Системы тепловидения. М.: Мир, 1978. 414 с.
5. Филиппов В.Л., Макаров А.С. Ослабление ИК излучения в атмосфере при наличии осадков // Оптический журнал. 1996. № 11. С. 33-36.
6. Филиппов В.Л., Мирумянц С.О. Инженерная методика расчета спектральной прозрачности атмосферы в области длин волн 0,9-6,3 мкм // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1969. Т. 5. № 6.
7. Филиппов В.Л. Спектральное молекулярное излучение горизонтальных трасс приземной атмосферы (экспериментальные данные) // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1979. Т. 15. № 1.
8. Алексеев О. А. Математическая модель спектральной плотности силы излучения факелов, образующихся при стационарном режиме горения топлива // Оптический журнал. 1998. Т. 65. № 1.
9. Алексеев О.А., Шамсутдинов М.Э. Аппаратура и методика определения спектральных параметров пульсирующих источников излучения // Оптический журнал. 1998. Т. 65. № 1.
Акиншин Николай Степанович, д-р техн. наук, профессор, начальник отдела, cdhaeacdhae.ru, Россия, Тула, АО ЦКБА,
Ковинько Андрей Иванович, заместитель начальника отдела, cdhaeacdhae.ru, Россия, Москва, Главное управление вооружения МО РФ,
Романюта Александр Евгеньевич, начальник, cdhaeacdhae.ru, Россия, Москва, НИИЦ ФГБУ «46 ЦНИИ» МО РФ,
Ростовцев Иван Александрович, преподаватель, niri-opaii@mail.ru, Россия, Пенза, Военная академия материально-технического обеспечения (филиал)
MODEL FOR ASSESSING THE IMPACT OF A TMOSPHERIC AEROSOL FORMA TIONS ON THE VISUAL ENVIRONMENT FOR AN ATGM OPERATOR
N.S. Akinshin, A.I. Kovinko, A.E. Romanyuta, I.A. Rostovtsev
Based on the analysis of the experimental material, a model was created for various States of optical weather, each of which is characterized hy an ensemble of input parameters, with a certain profile of the spectral dependence of the volume coefficients of aerosol attenuation. The visihility of the target is estimated hy the operator of an ATGM with a thermal imaging guidance system in the presence of short-term aerosol interference.
Key words: aerosol interference, training system, optical radiation.
Akinshin Nikolay Stepanovich, doctor of technical sciences, professor, head of department, cdhaeacdhae. ru, Russia, Tula, JSC CDBAE,
Kovinko Andrey Ivanovich, deputy head of department, cdhaeacdhae. ru, Russia, Moscow, The main weapons of defense,
Romanyuta Aleksandr Evgenievich, head, cdhaeacdhae. ru, Russia, Moscow, FGBI «46 CSRI»,
Rostovtsev Ivan Aleksandrovich, teacher, niri-opaiiamail. ru, Russia, Penza, Penza Military Academy of logistics (branch)
УДК 623.419
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДОВ СИСТЕМНОГО ПОДХОДА ПРИ РАЗРАБОТКЕ КОМПЛЕКСОВ РВ В АО «КБП»
А.В. Игнатов, А.Г. Кондратьев, Я.С. Пятницкий, Э.С. Исаева
Статья посвящена использованию методов системного подхода при разработке комплексов ракетного вооружения в АО «КБП». Рассмотрены основные образцы противотанковых ракетных комплексов, разработанных на предприятии. Приведены принципы формирования перспективных систем данных комплексов.
Ключевые слова: ракетное вооружение, противотанковые ракетные комплексы, высокоточное оружие, системный подход.
Одним из ведущих приоритетов деятельности АО «Конструкторского бюро приборостроения им. академика А.Г. Шипунова» (АО «КБП») является разработка и производство в интересах Вооруженных Сил Российской Федерации современных высокоточных комплексов вооружения, в т.ч. образцов ракетного вооружения (РВ).
В АО «КБП» академиком А.Г. Шипуновым сформирована научно-конструкторская школа системного проектирования наукоемких многофункциональных комплексов высокоточного оружия (ВТО), которая руководствуется следующими базовыми принципами:
- использование методов и средств, позволяющих исследовать свойства, структуру и функции комплексов вооружения (КВ) в целом, представив его в качестве систем со всеми сложными межэлементными взаимосвязями, взаимовлиянием элементов на систему и на окружающею среду;
- формирование облика перспективного вооружения путем постоянного изучения тенденций развития основных систем ВТО зарубежных стран, исследований и военно-экономической оценки достижений науки и техники, анализа опыта применения комплексов ВТО в локальных войнах и вооруженных конфликтах;
- необходимость разработки комплексов ВТО многоцелевого назначения и возможность унификации отдельных подсистем комплексов ВТО.
Следование системным принципам является определяющим условием как при выработке направлений развития ВТО, так и в процессе выполнения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ.
Практическим примером системного подхода является система противотанковых ракетных комплексов (ПТРК), разработанных на предприятии и являющихся одним из основных средств РВ, обеспечивающих высокую эффективность как наступательных, так и оборонительных операций, которые применяются в носимом и возимо-переносном вариантах, на подвижных носителях - колесных машинах, БМП, БТР, а также танках, вертолетах и самолетах.
