CC BY
338
УДК 635.631
ОБНАРУЖЕНИЕ ЗАМАСКИРОВАННЫХ НАЗЕМНЫХ ОБЪЕКТОВ ПРИ НАЛИЧИИ В СОСТАВЕ СРЕДСТВ РАЗВЕДКИ ПЕРЕСТРАИВАЕМОГО ИСТОЧНИКА ЛАЗЕРНОГО
ИЗЛУЧЕНИЯ
А.Н. Глушков, В.Г. Керков, А. Л. Митрофанов, Г. Л. Тюрин
Получены и исследованы характеристики обнаружения замаскированных объектов при облучении их лазерным излучением
Ключевые слова: лазерное излучение, обнаружение замаскированных объектов
Одним из распространенных способов защиты наземных объектов является применение средств оперативной маскировки. Во многих практических случаях это позволяет существенно снизить
характеристики обнаружения замаскированных объектов бортовыми авиационными оптико-
электронными средствами (ОЭС), основу которых составляют телевизионные и тепловизионные станции с дальностью действия 4..6 км.
Помимо указанных ОЭС, широкое применение получили лазерные средства, используемые в качестве дальномеров и (или) целеуказателей [1]. Для этих целей также возможно применение перестраиваемого источника лазерного излучения видимого и ультрафиолетового (УФ) диапазонов длин волн. Наличие такого устройства значительно увеличивает эффективность обнаружения замаскированных объектов и иных наземных целей штатными средствами разведки в видимом и инфракрасном (ИК) диапазонах длин волн. Это обусловлено следующими факторами:
1. Дополнительный подсвет объекта и фона лазерным излучением видимого диапазона эквивалентен дополнительному солнечному излучению, образующему тень. При этом, очевидно, что наибольшее улучшение характеристик обнаружения замаскированных объектов будет иметь место в условиях наблюдения объекта "против Солнца", см. рис. 1;
2. Подсвет объекта лазерным излучением УФ диапазона может вызывать эффект люминесценции в видимом и ИК диапазонах длин волн, прежде всего подстилающей поверхности, содержащей органические вещества [2]. Такое излучение может являться дополнительным демаскирующим
Глушков Александр Николаевич - ФГНИИЦ РЭБ ОЭСЗ МО РФ, канд. физ.-мат. наук, ст. науч. сотрудник, тел. (4732) 3б-43-59
Керков Владимир Георгиевич - ФГНИИЦ РЭБ ОЭСЗ МО РФ, канд. техн. наук, ст. науч. сотрудник, тел. (4732) 3б-43-59
Митрофанов Андрей Леонидович - ОАО «Концерн «Созвездие», канд. техн. наук, ст. науч. сотрудник, тел. (4732) 55-43-19
Тюрин Герман Леонидович - ФГНИИЦ РЭБ ОЭСЗ МО РФ, канд. техн. наук, тел. (4732) 3б-43-59, e-mail: tgerman@list.ru
признаком при обнаружении замаскированных наземных объектов. Поэтому целью настоящей работы является исследование вероятностных характеристик обнаружения замаскированных наземных объектов оптико-электронными
средствами разведки при использовании источника лазерного излучения УФ и видимого диапазонов длин волн.
Рис. 1. Схема наблюдения объекта лазерным оптикоэлектронным средством разведки
Для достижения поставленной цели был разработан методический аппарат,
обеспечивающий получение количественных оценок вероятности обнаружения наземных объектов [3..6]. Разработанная методика [5] позволяет учитывать влияние на эффективность обнаружения следующих факторов: контраста
объекта на местности, угла подсвета объекта, метеорологических условий, а также рельеф подстилающей поверхности.
В качестве допущений принято, что изображения фоноцелевой обстановки (ФЦО) с учетом неоднородности фона моделируются гауссовскими величинами, коррелированными по отрицательно экспоненциальному закону, т.е. марковским случайным полем. Такое поле формируется на двумерной дискретной сетке координат {х,у} в виде матрицы, размерностью совпадающей с параметрами матричного фотоприемника ОЭС. Элементы матрицы равны интенсивностям изображения в соответствующих элементах разрешения ОЭС.
Полагается, что наземный объект наблюдается системой оптико-электронной разведки, установленной на борту воздушного
носителя, находящегося на высоте Н над подстилающей поверхностью и на расстоянии Ь от исследуемого объекта.
Лазерный подсвет объекта и подстилающей поверхности (фона) соответствует обучению его излучением с плоским волновым фронтом, что в области регистрации отраженной волны при наличии спектрозонального фильтра эквивалентно солнечному излучению [7].
Принято, что лазерный подсвет объекта в УФ диапазоне вызывает люминесценцию объекта и фона, при этом яркость люминесценции практически не зависит от яркости источника, а яркость излучения объекта, как правило, ниже излучения фона.
При формировании изображений ФЦО использовалась модель наблюдения, схема которой приведена на рис. 1. Ракурс наблюдения выбирался таким, чтобы горизонтальная проекция главной оптической оси ОЭС (линии визирования) была перпендикулярна ближней боковой грани объекта. Наличие (отсутствие) тени от объекта задавалось двумя значениями - ¥=00 и ¥=180°,
соответствующими совпадением азимута Солнца с азимутом наблюдения объекта и противоположным ему, при этом расстояние до объекта с высокой точностью измеряется лазерным средством
разведки.
Метеорологические условия наблюдения объекта задавались через метеорологическую дальность видимости (МДВ). Вероятности
обнаружения при заданном уровне ложной тревоги (в настоящей работе принято 10-6) рассчитывались методом Монте-Карло. Реализация отсчетов,
соответствующих интенсивностям элементов матричного фотоприемника, формировалась путем задания независимых значений некоторой
реализации квадрата узкополосного гауссова процесса.
На основании реализованных отсчетов изображений, определялся массив достаточных статистик. По указанному массиву определялись порог обнаружения и вероятность правильного обнаружения.
Путем моделирования процесса поиска и обнаружения целей были определены характеристики обнаружения замаскированного объекта на песчаном и степном фоне (в зависимости от зенитного угла солнца - ДТ = 180° и ДТ = 0°) при наличии и отсутствии излучения люминесценции.
На рисунках 2, 3 (а, б, в) представлены результаты оценки вероятности обнаружения
наземного объекта при подсвете его лазерным
излучением УФ диапазона при заданной
метеорологической дальности видимости (МДВ=10 км) при наличии камуфлирующего окрашивания объекта. На рисунках 2,3 (г, д, е) -результаты оценки вероятности обнаружения
наземного объекта при отсутствии люминесценции при аналогичных условиях наблюдения.
Расчеты проведены применительно к средней полосе России в летний период. Уровень излучения люминесценции объекта был принят равным 0,1 от
а)
6)
... VI \ ^ V-, \ \ 1 --1”, С4
г\ и ?' Р %К..: у
Ю п ]1
в)
г)
д)
е')
Рис. 2. Вероятность обнаружения авиационной системой разведки объекта типа танк в зависимости от дальности при наличии (а, б, в) и отсутствии (г, д, е) люминесценции для различных зенитных углов Солнца (а, г - 40°, б, д -60°, в, е -80°).Тень от объекта отсутствует (ДТ = 180°)
а)
6)
в)
д)
Р. №4
е)
Рис. 3. Вероятность обнаружения авиационной системой разведки объекта типа танк в зависимости от дальности при наличии (а, б, в) и отсутствии (г, д, е) люминесценции для различных зенитных углов Солнца (а, г - 40°, б, д -60°, в, е -80°). Наличие тени от объекта (ДТ = 0°)
уровня излучения фона, высота воздушного носителя ОЭС разведки считалась равной 1 км. Линии 1, 3, 5, 7 характеризуют обнаружение с лобовой проекции, линии 2, 4, 6, 8 -
с боковой проекции. Линии 1, 2, 3, 4 соответствую т обнаружению на песчаном фоне, линии 5, 6, 7, 8 -обнаружению на степном фоне. Линии 1, 2, 5, 6 соответствуют работе системы разведки в обзорном режиме (поле зрения 30°), а линии 3, 4, 7, 8 -работе в детальном режиме разведки (поле зрения 100).
Анализ представленных зависимостей
свидетельствует о том, что подсветка объекта лазерным излучением, как правило, увеличивает вероятность его обнаружения. Существенно, что при наблюдении объекта при отсутствии тени имеет место второй локальный максимум зависимости вероятности правильного
обнаружения от расстояния при режиме работы системы разведки в узком поле зрения (режим детального просмотра) при низком контрасте излучения объекта (отраженного в лазерном диапазоне или излучения люминесценции) по отношению к фону. Данное обстоятельство обусловлено тем, что при малых углах подсвета объекта возникает эффект затенения фона, контраст объекта при этом повышается, что и обуславливает увеличение вероятности обнаружения.
Выводы
По результатам исследований установлено, что применение лазерных средств разведки УФ диапазона позволяет повысить дальность обнаружения замаскированных наземных объектов на
10..15 % по отношению к наблюдению данных объектов в аналогичных условиях без применения лазерных средств УФ диапазона. При этом значение контраста объект-фон в диапазоне длин волн люминесценции был принят 0,1. Такое значение контраста может быть обеспечено при применении спектрозональных фильтров на входе ОЭС, которые позволяют выделить излучение люминесценции на фоне солнечного излучения. Наибольшая эффективность применения лазерных средств разведки УФ диапазона достигается при наблюдении объекта при больших зенитных углах солнца, при наличии засветки солнечным излучением приемной апертуры ОЭС. В отсутствии контраста, обусловленного солнечным излучением, оценка вероятности обнаружения наземных объектов по той же методике при наличии контраста люминесценции объекта и подстилающей поверхности равном 0,1, дает увеличение абсолютного значения вероятности обнаружения объекта на 10..15 %.
Литература
1. Технические средства разведки
вооруженных сил США. - М: ВИНИТИ, серия «Технические средства разведывательных служб капиталистических государств», 2000, № 12, с. 3..8.
2. Бункин Ф.В., Бункин А.Ф. Лидарное зондирование водоемов, почвы и растительности. Оптика атмосферы и океана, 2000, №1, с. 28..31.
3. Козирацкий Ю. Л., Тюрин Г. Л. и др.
Показатели эффективности комплексированной системы разведки на этапе поиска и обнаружения.-Радиосистемы. "Информационный конфликт в
спектре электромагнитных волн", М.: выпуск 48, 2000, №8, с. 12..16.
4. Понькин В. А., Тюрин Г. Л. и др. Специализированный вычислительный комплекс для моделирования процессов разведки объектов по оптическим изображениям. - Оборонная техника, 1995, № 12, с. 45..48.
5. Поветко В. Н., Тюрин Г. Л. Система моделей для решения задач по проблеме снижения оптической заметности объектов вооружения и военной техники.- Сборник материалов Всероссийской конференции, Воронеж, 2001, с.
56...59.
6. Поветко В. Н., Тюрин Г. Л. Заметность наземных образцов техники как протяженных объектов.- Сборник материалов X международной конференции по спиновой электронике и гировекторной электродинамике, Москва, 2001, с.
111..117.
7. Бурый Е.В., Зубцов С.А., Петров В.А. Использование ультракоротких импульсов лазерного излучения для получения информации о форме и ориентации лоцируемых объектов. -Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Приборостроение, 1991, №3, с. 54..57.
Федеральный государственный научно-исследовательский испытательный центр радиоэлектронной борьбы и оценки эффективности снижения заметности Минобороны России (г. Воронеж)
ОАО «Концерн «Созвездие» (г. Воронеж)
DETECTION OF THE DISGUISED OBJECTS AT PRESENCE IN STRUCTURE OF A MEANS OF INVESTIGATION TIME FRIQUSE LASERS RADIATION RESEARCH
A.N. Gluzhkov, V.G. Kerkov, A.L. Mitrofanov, G.L. Tyurin
The characteristics of the disguised objects detection under laser irradiation are received and discussed Key words: laser irradiation, detection of the disguised objects
