CC BY
204
Раздел II. Навигация и наведение
УДК 535.36
В. А. Тупиков
СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТОК В ОБЛАСТИ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ В ИНТЕРЕСАХ РАЗВИТИЯ ВЫСОКОТОЧНЫХ СИСТЕМ НАВЕДЕНИЯ, ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ И ПРОДУКЦИИ ДВОЙНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
В докладе рассматривается состояние и перспективы развития научных исследований и разработок ФГУП «НПК «Го^дарственный оптический институт им. С.Н. Вави» -коточных систем наведения, информационного обеспечения и продукции двойного назначения. Показано что организация проводит исследования по созданию опережающего научно-технического задела в 10-ти основных научных направлениях: оптика лазеров, иконика и тепловидение, аэрокосмические оптико-электронные комплексы, гидрооптика, вычисли, , , магнитооптика, нанофотоника и фотофизика сред с нанообъектами, теоретическая , ( ), , -- .
Научные исследования и разработки; оптика; оптико-электронные приборы.
V.A. Tupikov
OPTICAL INFORMATION PROCESSING SYSTEM STATE, SCIENTIFIC RESEARCH AND DEVELOPMENT PROSPECTS FOR HIGH-PRECISION GUIDANCE SYSTEM DEVELOPMENT, INFORMATIONAL SUPPORT AND DUAL-PURPOSE PRODUCTION
This paper presents the state and prospects of the research activities and developments of "S.I.Vavilov State Optical Institute " in the field of optical image processing systems for the purpose of high-precision guidance systems, information ensuring and twofold purpose production. It is shown that institute is carrying out researches to create the advanced scientific and technical groundwork in a ten main scientific fields: laser optics, image processing and thermal imaging, aerospace optical-electronic systems, water optics, computer optics, lens building and nanoimage processing, spectroscopy, magnetometry and magneto-optics, nanophotonics and photophysics of the nano-object environment, theoretical optics, extreme conditions optics (high-power fields), optical solitary waves, special optical-electronic devices.
Research activities and developments; optics; optical-electronic devices.
ФГУП «НПК «Государственный оптический институт им. С .И. Вавилова» (дапее - ГОИ), являясь ведущей научно-исследовательской организацией по направлению «Оптико-электронные приборы, системы и комплексы военного и гражданского назначения», проводит исследования по созданию опережающего научно-технического задела в 10-и основных научных направлениях развития современной оптики:
♦ оптика лазеров;
♦ иконика и тепловидение;
♦ аэрокосмические оптико-электронные комплексы;
♦ гидрооптика;
♦ вычислительная оптика, объективостроение и наноиконика;
♦ спектроскопия;
♦ магнитометрия и магнитооптика;
♦ нанофотоника и фотофизика сред с нанообъектами;
♦ теоретическая оптика, оптика экстремальных режимов (сверхсильные поля), оптические солитоны;
♦ специальное оптико-электронное приборостроение.
В рамках этик направлений работают 26 научных школ, реализующих научно-технический потенциал ГОИ (из 650 сотрудников ГОИ 35 имеют ученую степень доктора наук, 115 - кандидата наук, в институте работают два члена РАН и 20 ).
Рис. 1. Оптико-электронный комплекс космического базирования 81 Гб на борту’ КА
Результаты исследований и перспективные планы работ научных школ ГОИ позволяют сформулировать изложенные ниже тенденции развития оптических систем обработки информации.
В части информационного обеспечения действий ВС РФ к настоящему времени создан и развивается научно-технический задел по оптическим системам дистанционного зондирования земли с космических аппаратов (в первую очередь - в интересах СПРН) [1].
Примером современной аппаратуры этого типа является серия крупногаба-( 1 ) -пов 81 Г6 (рис. 1), работающих на орбите уже более 8 лет. Разработанные при создании этого комплекса уникальные технические и технологические решения позволяют использовать их в других системах, например, в области высокоточного наведения оптических лучей из космоса с точностями до 1...2 угл., слежения за космическими объектами и т.д.
Стратегически важным и наиболее приоритетным направлением развития оптических средств информационного обеспечения, обеспечивающим получение наиболее полной информации с борта космических и авиационных летательных аппаратов, является разработка и применение гиперспектральных (число спектральных полос более 100) и ультраспектральных (число спектральных полос более 1000) спектровизоров [2]. Такие приборы обеспечивают получение высокодетальных изображений местности в совокупности относительно узких участков
♦
( 0,2 20 ). ,
будут эффективно решаться при применении гиперспектральных и ультраспек-тральных спектровизоров, относятся:
♦ информационное обеспечение применения высокоточного оружия (актуализация топоосновы, привязка сигнатур целей к топооснове); оперативный анализ фоноцелевой обстановки (предупреждение о пусках , ); обнаружение замаскированных объектов вооружения и военной техники (пусковые шахты и установки, блиндажи, танки, орудия, мины), а также инженерной инфраструктуры (газо- и нефтепроводы, мосты, переправы, полевые электростанции);
химико-биологическая разведка (обнаружение и анализ зон химического и биологического поражения местности);
военно-техническая инспекция (идентификация продуктов деятельности - ).
Основой для перспективных гиперспектральных и ультраспектральных спектровизоров является уникальная разработка ГОИ - Фурье-спектрометры ( . 2, ; 2, ; 2, ). -- - - , получения трехмерных гиперспектральных сигнатур с высоким разрешением, что открывает дополнительные возможности селекции объектов при наблюдении на фоне системы Земля-атмосфера.
♦
♦
Рис. 2, а. Гиперспектрометр на основе динамического Фурье-спектрометра для определения малых газовых вредных примесей в атмосфре
Рис. 2,6. Динамический Фурье-спектрорадиометр с многоэлементным приемником для исследования атмосферы Земли и подстилающей поверхности с космических аппаратов
Одной из наиболее новых и сложных разновидностей оптических систем информационного обеспечения являются информационно-прицельные системы ЛКВБ.
Эти системы предназначены для обнаружения и определения координат широкого класса аэрокосмических объектов с борта летательного аппарата для последующего наведения на них средств функционального подавления. Решение
такой сложной задачи потребовало включения в состав этих систем совокупности активных и пассивных оптических средств наблюдения и измерения.
Процесс подготовки и применения высокоточного оружия предусматривает, как и для всех других типов управляемого вооружения, реализацию трех этапов управления: управление пуском, управление полетом и управление подрывом. В части традиционного вида предпусковой подготовки - выдачи целеуказания управляемому оружию - ГОИ проводит:
1) разработку методов и средств автоматического распознавания заданных воздушных и наземных целей в реальном времени по изображениям бортовых оптических средств самолета 5-го поколения;
2) разработку малогабаритных лазерных дальномерных каналов для системы
управления вооружением танка Т-95 и бортового комплекса обороны самолета 5- , ;
3) разработку оптических средств предпусковой подготовки для РКСН.
Для обеспечения скрытного обмена данными между элементами РКСН при предпусковой подготовке в ГОИ разработана оригинальная система многосторонней оптической связи на основе использования рассеянного в атмосфере лазерного излучения ультрафиолетового диапазона длин волн (рис. 3) [3].
Рис. 3. Межагрегатная ближняя Рис. 4. 16-разрядный специализированный
оптическая связь в рассеянном свете преобразователь угол - код: срок службы
100 000 - 150 000 часов
В интересах развития средств обеспечения управления полетом ВТО на участке автономного наведения (маршрутной навигации) в ГОИ проводятся исследования и разработки по созданию:
1) оптических систем формирования и обработки стереоскопических изображений земной поверхности;
2) цветных тепловизионных датчиков изображений местности [4];
3) высокоточных оптико-электронных датчиков углов для аппаратов системы ГЛОНАСС (рис. 4).
Системы высокоточного самонаведения представлены в разработках ГОИ прошлых лет серийными инфракрасными ГСН для ПЗРК, серийными
лазерными полуактивными ГСН для УРС, а также экспериментальными ГСН Шика» и «Копье» для средств ПРО. Опыт работы над последними из перечисленных ГСН в настоящее время оказался востребованным и получает развитие при проведении работ по созданию нового поколения оптико-элек^онных и комбинирован-
- .
Важными, сопутствующими разработкам оптических ГСН, являются направления работ ГОИ последних лет, ориентированные:
♦ на обеспечение защиты оптических каналов от поражения мощным лазерным излучением и СИЯВ с помощью специальных покрытий (рис. 5,а и 5,6 соответственно);
♦ на повышение механической прочности и прозрачности обтекателей оптических ГСН путем наноструктурирования поверхности обтекателей [5].
Рис. 5. Защитные очки от: а - лазерного излучения; б - мощного широкополосного непрерывного светового излучения
Перспективным направлением повышения эффективности самонаведения с помощью оптических ГСН в комплексах ПРО является использование лазерного подсвета целей, в том числе - с помощью ЛКВБ.
Для обеспечения неконтактного подрыва БС в ГОИ ведутся работы по созданию высокоточного лазерного взрывателя, обеспечивающего прецизионное измерение дальности до объекта в процессе сближения.
Для решения проблемы снижения заметности ВТО, а также реализации защиты ВВТ от ВТО представляют интерес ведущиеся в ГОИ работы в области ис.
Создание метаматериалов с отрицательным показателем преломления открыло широкие возможности управления электронными свойствами сред и, на , , -ния в широкой области частот, в том числе - инфракрасной.
I .мл
Рис. 6,а. Лазерный высотомер-вертикант (ЛВ-В)
. 6, .
-
В качестве примера продукции двойного назначения может служить разработанный и изготовленный в ГОИ опытный образец многолучевого лазерно-
- , -учного проекта «Фобос-Грунт», для получения информации о рельефе местности в процессе автоматической посадки на спутник Марса (рис. 6,а и 6,6). Эта разработка может послужить основой для создания систем автоматической внеаэро-дромной посадки беспилотных летательных аппаратов военного назначения.
В интересах обеспечения правопорядка и общественной безопасности целесообразно использование разработанных специалистами ГОИ
(« » .)
лазеров, а также - в перспективе - результатов ведущихся работ по теравидению и .
Для предупреждения чрезвычайных ситуаций могут найти практическое применение разрабатываемые в ГОИ:
1) быстродействующий прецизионный магнитометрический комплекс, включающий квантовый модульный магнитометр на оптической накачке паров калия (рис. 7) и квантовый векторный вариометр на оптической накачке паров цезия, и позволяющий на основе мониторинга магнитного поля Земли надежно прогнозировать сейсмические явления;
2) комбинированные Фурье-спектровизоры-лидары, позволяющие регистрировать и анализировать начальные фазы вредных выбросов, утечек и повреждений;
3) мощные (1 МВт...1ГВт) фуллерен-кислород-йодные лазеры, которые могут обеспечить подавление катастрофических тайфунов на этапе зарождения.
,
катастроф возможна реализация оперативного энергоснабжения пострадавших регионов с помощью энергетической лазерно-оптической системы космического базирования на основе фуллерен-кислород-йодного лазера, в которой солнечная
энергия преобразуется в лазерный луч, передается на наземную станцию и преобразуется в электроэнергию (рис. 8).
В заключение необходимо отметить, что в настоящее время ГОИ включен в состав ОАО НПК «Оптические системы и технологии», предприятия которой имеют развитую современную технологическую и производственную базу. Это позволяет в кратчайшие сроки реализовать серийное производство систем, комплексов и приборов нового поколения, разработанных и доведенных до экспериментальных образцов в стенах ГОИ.
Рис. 7. Калиевый Мх-магнитометр с оптической накачкой, обладающий вариационной чувствительностью 0,0005 нТл./е12 и воспроизводимостью не хуже ± 0,02 нТл в диапазоне полей от 15 000 до 100 000 нТл
Рис. 8. Фуллерен-кислород-йодный лазер
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК
Мирошников М.М., Мирзоева Л.А., Захаренков В.Ф., Маковцов ГА., Ваковский ЮМ., Стариченкова В Д. Целенаправленные фундаментал ьные исследования в Государственном оптическом институте. - СПб.: ГУ АП, 2009. Ч. IV. - С. 53-68.
Горбунов ГГ., Демин А.В., Никифоров В.О., Савицкий А.М., Скворцов Ю.С., Сокольский . ., . .
Земли. Оптический журнал. - Т. 76. - № 10. - С. 75-82.
Яковлев В.А. Прямые и обратные задачи в гидрооптике. - СПб.: РГГМУ, 2004. -127 с.
4. Поварков В.И., Самков В.М., Соловьев В.И. К вопросу о создании цветного тепловизора. Юбилейная научно-практическая конференция ХК «Ленинец» «Перспективные многофункциональные электронные комплексы в интересах развития В и ВСТ», 2001.
5. Каманина Н.В., Богданов К.Ю., Васильев П.Я. Студеное В.И. Повышение поверхностной механической прочности «мягких» материалов УФ и ПК диапазонов спектра и увеличение их спектра пропускания: модельная система М£р2-нанотрубки. Оптический журнал. - 2010. - Т. 77. - № 2.
Тупиков Владимир Алексеевич
ФГУП «НПК «ГОИ им. С.И. Вавилова».
199034, Санкт-Петербург, Биржевая линия, 12.
E-mail: [email protected].
Тел.: 88123284892.
Tupikov Vladimir Alekseevich
«S.I. Vavilov State Optical Institute».
12, Birzhevaya line, St. Petersburg, 199034, Russia.
E-mail: [email protected].
Phone: 88123284892.
УДК 629.05
Н.Ш. Хусаинов, B.B. Щербинин, ПЛ. Кравченко, А.Б. Шаповалов АНАЛИЗ СОСТАВЛЯЩИХ ОШИБКИ НАВИГАЦИИ И НАВЕДЕНИЯ
,
ДВИЖЕНИЯ АВТОНОМНУЮ СИСТЕМУ БЛИЖНЕЙ РАДИОНАВИГАЦИИ
В работе рассматриваются вопросы оценки влияния составляющих ошибок навигации и наведения беспилотных летательных аппаратов с баллистической траекторией полета, использующих для коррекции движения автономную систему ближней радионавигации, на рассеивание координат точки приземления. Приводятся результаты математи-.
коррекции, обеспечивающих уменьшение рассеивания ЛА.
Автономная система ближней радионавигации; составляющие ошибки рассеивания; ; .
N.Sh. Khusainov, V.V. Scherbinin, P.P. Kravchenko, A.B. Shapovalov
ANALYSIS OF NAVIGATION AND GUIDANCE ERROR COMPONENTS OF AIRBONE VEHICLE'S USING FOR MOTION CORRECTION AUTONOMOUS LOCAL RADIO NAVIGATION SYSTEM.
Impact of component to result guidance dispersion for perspective high-speed unmanned vehicle is described. Simulation results are discussed. Recommendations for coordinate correction mode aiming to guidance dispersion reduction are given.
Autonomous local radio navigation; parts of guidance dispersion; positioning error; mathematical modelling.
. -
просы разработки высокоточных систем навигации для управления и наведения перспективных высокоскоростных беспилотных летательных аппаратов (ЛА) с баллистической траекторией полета. Оценкой точности в данном случае является размер области рассеивания точки приземления ЛА в заданной (на земной по) .
