CC BY
50
2. Хейт Ф. Математическая теория транспортных потоков. - М.: Изд-во «Мир», 1966. - 286 с.
3. Коллинз Д., Моррис Д. Анализ дорожно-транспортных происшествий. - М.: Транспорт, 1971. - 128 с.
4. Клинковштейн Г.И., Афанасьев М.Б. Организация дорожного движения: учеб. для вузов.- 5-е изд., перераб. и доп. - М: Транспорт, 2001 -247 с.
5. Резчиков А.Ф., Твердохлебов В.А. Причинно-следственные модели производственных систем. - Саратов: Издательский центр «Наука», 2008. -137 с.
6. Безродный А.А. Системный анализ, модели и методы управления процессами и объектами в сетях автозаправочных станций: автореф. дисс. ... докт. техн. наук. - Саратов, 2010. - 34 с.
7. Резчиков А.Ф., Иванов А.С., Домнич В.С. Анализ аварий в человеко-машинных системах с использованием моделей причинно -следственных связей // Мехатроника, автоматизация, управление. - 2009. - № 7. -С. 30-35.
8. Иванов А.С., Лапковский Р.Ю., Уков Д.А., Филимонюк Л.Ю. Кибернетический подход к моделированию разнородных процессов в мехатрон-ных системах // Мехатроника, автоматизация, управление. - 2011. - № 1. -С. 16-20.
СПОСОБ РАЗВЕДКИ САМОЛЕТОВ-«НЕВИДИМОК» Ф-22А И РАСЧЕТ ПРЕДЕЛЬНОГО РУБЕЖА
НАБЛЮДЕНИЯ ИНВЕРСНЫХ СЛЕДОВ ИХ АВИАДВИГАТЕЛЕЙ РАДИОМЕТРАМИ С ФОТОПРИЕМНИКАМИ НА ПЗС-МАТРИЦАХ
© Лихоносов А.Г.*, Смирнов Д.В.*
Академия Генерального Штаба Вооруженных Сил РФ, г. Москва Военная академия воздушно-космической обороны им. Маршала Советского Союза Г.К. Жукова, г. Тверь
В статье излагается анализ тактики боевого применения истребителей Ф-22А ВВС США, рассматривается вариант разведки стратосферных летательных аппаратов по критериям инверсных следов их авиадвигателей и приводится методика расчета максимальной дальности
* Академия Генерального Штаба Вооруженных Сил РФ.
* Начальник учебного командного пункта центра автоматизированных систем управления Военной академии воздушно-космической обороны им. Маршала Советского Союза Г.К. Жукова.
наблюдения облаков типа «след самолета» видимым и ближним инфракрасным каналами с фотоприемниками на ПЗС-матрицах оптико-электронной станции воздушного базирования, а также рекомендуется правило использования коэффициента помех оптического пути.
Тактика боевого применения сверхзвуковых малозаметных в см-диа-пазоне радиоволн многоцелевых истребителей 5-го поколения ВВС США Ф-22А предписывает выполнение ими задач предназначения на высотах более 10 км., при этом продолжительность боевых вылетов не должна превышать 2,5 часов. Дальность обнаружения выполняющих полет со скоростью 1,5M самолетов-«невидимок» сантиметровыми радарами составляет 55 ... 70 км. при потребном рубеже обнаружения 350 км.
Выполнение боевых задач самолетами Ф-22А (Б-2А) выше 10 км. вызовет появление демаскирующих признаков нахождения летательных аппаратов (ЛА) в воздушном пространстве - инверсных следов их авиадвигателей - искусственных перистых облаков, наблюдаемых на удалении более 277 км. (для условий идеальной атмосферы) [2, 7].
Один из путей решения проблемы реализации требуемой дальности и непрерывности наблюдения стратосферных ЛА без использования активной радиолокации - комплексная обработка совокупности сигналов радиометров видимого и ближнего инфракрасного (ИК) участков спектра электромагнитных (ЭМ) излучений, сопровождающих цели по отражению инверсионным следом (передним краем) солнечного света в дневное время (отражению переотраженного Луной света Солнца в темное время) суток.
Однако, на нормальное функционирование процесса разведки облака типа «след двигателя ЛА» видимыми и ближними ИК каналами оптико-электронной станции (ОЭС) негативное влияние оказывает наличие в воздушном пространстве природных (естественных) облаков, которые, как правило, находятся на высотах ниже 2,5 ... 3 км. [1]. Тогда обзорно-прицельные ОЭС с радиометрами видимого (0,4 ... 0,76 мкм) и ближнего ИК (0,76 ... 1,1 мкм) участков спектра ЭМ излучений следует размещать на бортах вертолетных беспилотных ЛА ДПВ-450-Б (разработка ОАО «НПП «Радар ММС» г. С-Петербург, совместно с ЛТМ С-Петербургского Университета Аэрокосмического приборостроения). К основным тактико- техническим характеристикам ДПВ-450-Б относятся: высота применения - более 2,5 км.; продолжительность полета - не менее 3 часов; максимальное расстояние удаления от пункта управления - свыше 150 км.
Реальная дальность разведки спектральным каналом ОЭС объекта наблюдения зависит от его цвета и размера, освещенности и фона (контрастности), прозрачности атмосферы и технических характеристик фотоприемного устройства (ФПУ). В современных ФПУ в качестве фото-электрических преобразователей (ФЭП) используются твердотельные преобразо-
ватели на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС). Выходной электрический сигнал фотоприемника, адекватный спроецированному на его фоточувствительную поверхность (матрицу детекторов) двумерному оптическому изображению, определяется общим числом накопленных в элементах (пикселах) ПЗС матрицы фотонов. Если необходимо наблюдать за объектами на больших дальностях, то следует использовать черно-белые CCTV видеокамеры, т.к. они обладают высокой чувствительностью. Наиболее оптимально применять радиометры с ч/б полдюймовыми ПЗС матрицами высокой чувствительности в видимой и ближней ИК области спектра ЭМ излучений фирмы SONY технологии EXview CCD, имеющие чувствительность 0,003 лк (30 IRE) с объективом F = 1.2. Оптимизация формы и технология нанесения микролинз на фоточувствительные ячейки полдюймовой ПЗС матрицы технологии EXview HAD - ICX249AL (pdf, 221 Kb) фирмы SONY позволили реализовать выигрыш в чувствительности по сравнению со стандартными ПЗС камерами в 100 раз [4, 5].
Матрица ПЗС фирмы SONY модель ICX249AL имеет следующие технические характеристики: размер активной части кристалла 6,47 х 4,83 мм; число активных пикселей 752 х 582; размер пикселя 8,6 х 8,3 мкм; квантовая эффективность матрицы (при А = 555 нм) ц1 = 0,6; квантовая эффективность матрицы (при А2 = 630 нм) п2 = 0,7; время накопления фотонов 20 мс. [5].
При проектировании спектрального канала ОЭС результатом расчета максимальной дальности считается установление требований в отношении его энергетической чувствительности, которая определяется минимально необходимым потоком фотонов, действующим на входе ФПУ
Зависимость максимальной дальности обнаружения цели от условий наблюдения: контрастности объекта и фона, освещенности и атмосферной прозрачности - определяется формулой [6]:
КЕ = Кео exp(-cR) (1)
где КЕ - минимальная контрастная чувствительность радиометра;
КЕО - контраст объекта;
R - расстояние до цели, м;
а - коэффициент рассеяния потока фотонов на оптическом пути -постоянная величина, определяемая условием метеорологической дальности видения.
Яркостный контраст физического тела KBR в спектральном интервале
ДА = А - ¿2 определяется как KBR = КЕО = (уоБ -уф )/(уоБ + уф ), где v об , vф -коэффициент отражения солнечного света (альбедо) объекта и фона соответственно.
Если vOE = 99,9% (искусственные перистые облака типа «след самолета» состоят из таких же по структуре кристаллов льда, как и свежевы-
павший снег), а уф = 10%, то контраст между наблюдаемым объектом и фоном составит КЕО = 0,8165 = 81,65%.
Контрастная чувствительность радиометра определяется величиной порогового контраста объекта, регистрацию которого способно произвести ФПУ при априори заданном пороговом отношении сигнал / шум -ОСШ - (тФ пор), и зависит от освещенности сцены (E), относительного отверстия объектива (D / f ОС - оптической системы, квантового выхода ФПУ (п) и его накопительных свойств - площади элемента (Д) и времени накопления (ТН). Пороговый контраст КЕпор. ФПУ вычисляется по формуле [5]:
2т2
__2тФпор_
Епор■ Е X (v^+vj X (D / f)2 хтх N х^хД2 X Гя ()
где т - коэффициент пропускания объектива;
N - потенциально доступное ПЗС количество фотонов на площадке 1 см. за время 1 с. при освещенности 1 лк.
К неуправляемым величинам в формуле (2) относятся альбедо объекта и фона уоб , уф . Почти неизменяемым параметром является п; квантовый выход матричных ПЗС фирмы SONY, усредненный по всему рабочему диапазону, примем равным 65%, т.е. п = 0,65. Пусть в рассматриваемом примере расчета применены ПЗС матрицы технологии EXview HAD - ICX249AL c Д2 = = 5х10-7 см2. К изменяемым параметрам относится свето-сила объектива, которая определяется произведением его относительного отверстия (D/f) на коэффициент пропускания (т). Для ОС с фокусным расстоянием f = 1 20 мм D / f = 1:1,8 = 0,555; коэффициент пропускания т = 0,785. Величина потенциально доступного для ПЗС количества фотонов (N) на 1 см за 1 с при освещенности 1 лк достигает 2 х 1012 [5]. Время накопления (ТН) определяется телевизионным стандартом ГОСТ 7845-92 и составляет 20 мс. В военной технике под пороговой чувствительностью понимается действующий на входе ФПУ поток фотонов, при котором амплитуда полезного сигнала равна размаху шумовой дорожки, т.е. ОСШ составляет 6 раз [3]. Освещенность сцены (E) должна соответствовать минимальной величине параметра для рабочего диапазона освещенностей видеосистемы; пусть E = 50 лк. Подставляя указанные параметры в (2), получаем величину КЕпр = 0,00205 = 0,205 %.
Для видимого и ближнего ИК интервалов спектра ЭМ излучений средневзвешенное значение коэффициента рассеяния света на оптическом пути определяется следующим образом. Характеристикой прозрачности атмосферы является метеорологическая дальность видения (МДВ); МДВ следует отличать от реальной дальности видимости различных тел, зависящей не только от прозрачности атмосферы, но и от цвета объектов, их размеров, удаленности от пункта наблюдений, освещенности и фона. По
определению за величину МДВ принимается такое расстояние, с которого черный объект виден с контрастом 2%. Для условий идеальной атмосферы LM = 277000 м.; подставляя в формулу (1) параметры КЕ = 0,02; КЕО = 1,0; R = 277 км и решая уравнение, получаем а = 0,0141 км4. Тогда формула (1) имеет вид: К^ = КЕО exp(-0,0141xRnped); где Ке„ор. = 0,002; Кео = 0,8165.
То есть инверсный след двигателя ЛА с контрастом 81,65% относительно безоблачного неба может наблюдаться видеоканалом ОЭС с пороговой контрастной чувствительностью 0,205% на удалении 425 км при условии идеальной атмосферы. Аналогично, если на высоте 3 км МДВ составляет 200 км, то а = 0,0196 км-1, а след самолета с контрастом 81,65% относительно безоблачного неба может наблюдаться радиометром ОЭС с пороговой контрастной чувствительностью 0,205% на удалении 305,5 км.
Таким образом, потребный рубеж обнаружения в 350 км. Реализуется при удалении ДПВ-450-Б на расстояние 50 км от пункта управления.
Расчет максимальной дальности наблюдения инверсного следа ЛА с учетом технических характеристик ФПУ имеет смысл произвести по формуле, опубликованной в [5]: L = [(fH / h)] x [(100 / А)]; здесь H - высота объекта в м; f - фокусное расстояние ОС в мм.; h - высота мишени матрицы ПЗС в мм.; А - высота объекта в % в пересчете на высоту растра ФПУ
В соответствии с критерием Джонсона для визуального обнаружения тела, появляющегося в поле зрения ФПУ, необходимо иметь в пределах проекции высоты объекта как минимум две строки разложения. Тогда для матрицы ПЗС с числом активных строк в растре 582 параметр А равен: 2/582 х 100 = 0,344%. Предположим, что эквивалентная высота объекта (длина инверсного следа авиадвигателя ЛА на высоте 15000 м для условий: путевая скорость ЛА 500 м/с, время наблюдения 1 с. - 500 м.; а с учетом ракурса наблюдения в 10° - 87 м) H ~ 80 м. Если в радиометре применена матрица ПЗС фирмы SONY модель ICX249AL с форматом ^ дюйма, то высота мишени: h = 4,83 мм. Для повышения дальности регистрации объектов нужно увеличивать фокусное расстояние объектива, но оно определяется заданной величиной минимального угла поля зрения ОС.
При угле поля зрения 3° х 2° значение f равно 120 мм; тогда L ~ 600 км.
Приведенные выше расчеты выполнены для идеальных условий наблюдения без учета влияния рассеяния света в атмосфере, которое приводит к снижению контрастности входного оптического изображения. Причина этого состоит в том, что свет Солнца и неба рассеивается по пути на частичках пыли и влаги и, попадая на зрачок объектива, суммируется со светом, приходящим от удаленного объекта контроля. С целью устранения этого недостатка введем обозначения: Rnp.(LM идеал) - предельная дальность наблюдения инверсного следа двигателя ЛА с КЕО = 81,65% относительно безоблачного неба радиометром с КЕпор = 0,2% при условии идеальной атмосферы; Rnped.(Lm идеал) = 425 км; R^(Lm реал) - предельный рубеж наблюдения на
высоте 3 км облака типа «следа самолета» с КЕО = 81,65% относительно безоблачного неба радиометром с Ке„оР. = 0,2%; ЯП1кд(Ьш реал.) = 305,5 км; Коп -коэффициент помех оптического пути; Коп = ЯпДЬмреал) / Япр.(Ьм идеал) ~ 0,7.
Тогда формула расчета максимальной дальности наблюдения инверсного следа ЛА с учетом технических характеристик ФПУ приобретает вид: Ь = Коп х [(АН / Н)] х [(100 / А)]; а числовое значение Ь составит 420 км.
Таким образом, предоставляется реальная возможность реализовать потребный рубеж разведки сверхзвуковых малозаметных в см-диапазоне радиоволн многоцелевых истребителей 5-го поколения ВВС США Ф-22А «Рэптор» по критериям инверсных следов их авиадвигателей.
Список литературы:
1. Волкова Е. Определение типа облачности по данным измерений радиометра ЛУИЯЯ ИСЗ ЫОЛЛ для Европейского региона России в теплый период года. // Тр. НИЦ «Планета». - СПб., 2005. - Вып. 1 (46). - С. 22-41.
2. Егоров Б., Кабанов Б., Щипин С. След в небе // Авиация и космонавтика вчера, сегодня, завтра... - 2001. - № 8.
3. Крутик М., Майоров В. Люмены, Канделы, Ватты и Фотоны. Различные единицы - различные результаты измерения чувствительности телевизионных камер на основе ЭОП и ПЗС // Специальная техника. - 2002. - № 5.
4. Неизвестный С., Никулин О. Приборы с зарядовой связью - основа современной телевизионной техники. Основные характеристики ПЗС // Специальная техника. - 1999. - № 5.
5. Никитин В., Цыцулин А. Телевидение в системах физической защиты // Издание «С-Пб ГЭТУ «ЛЭТИ». - СПб., 2001. - С. 99.
6. Полупроводниковые формирователи сигналов изображения / Под ред. П. Йесперса, Ф. Ван де Виле и М. Уайта. - М., «Мир», 1979.
7. Смеркалов А. Прозрачность земной атмосферы // Физическая энциклопедия: в 5-ти томах. - М.: «Советская энциклопедия», 1988.
АНАЛИЗ JAVASCRIPT-ФРЕЙМВОРКОВ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ДИНАМИЧНЫХ ВЕБ-ИНТЕРФЕЙСОВ ДЛЯ ЗАДАЧ ПОИСКА И ФИЛЬТРАЦИИ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ РЕСУРСОВ
© Матвеев А.Г.*
Институт космических и информационных технологий Сибирского федерального университета, г. Красноярск
В статье освещается вопрос выбора JavaScript-фреймворка в качестве вспомогательного средства для разработки веб-приложений. Произ-
* Аспирант кафедры Геоинформационных систем.
