способ защиты объекта от управляемых ракет

Формула изобретения

Способ защиты объекта от управляемых ракет, включающий обнаружение лазерного излучения, определение амплитудных, частотных, фазовых и временных характеристик сигнала управления ракеты, определение пространственных координат источника излучения, отличающийся тем, что определяют возможную траекторию полета ракеты в растре управляемого поля лазерно-лучевой системы наведения ракеты, рассчитывают точки возможного эффективного подавления управляемого лазерного излучения в зависимости от текущей помеховой обстановки с учетом рельефа местности, времени года и суток, метеоусловий в области траектории полета ракеты, осуществляют выбор наилучших в энергетическом смысле точек эффективного подавления управляемого лазерного излучения из возможных с учетом скорости движения ракеты последовательно ориентируют помеховые лазерные генераторы (ПЛГ), объединенные в единую управляемую сеть, на выбранные точки возможного эффективного подавления, при этом по мере приближения ракеты к цели излучают посредством ПЛГ помеховые лазерные импульсы (ПЛИ), а при прохождении ракетой точек возможного эффективного подавления определяют факт отклонения траектории ракеты или выхода ракеты из растра управляемого лазерного излучения, и прекращают излучать с помощью ПЛГ ПЛИ или переориентируют их для излучения ПЛИ на новые точки возможного эффективного подавления лазерного информационного сигнала управления ракетой и/или лазерных информационных сигналов управления других новых ракет.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к военной технике, а именно к защите объектов военной техники от высокоточного оружия (ВТО), и может быть использовано в системах защиты объектов военного назначения от ВТО с лазерно-лучевыми системами наведения (ЛЛСН), активно используемыми в современных боевых действиях.

Основными объектами защиты являются подвижные и стационарные объекты, объекты энергоснабжения и связи.

В изобретении рассматривается принцип действия ВТО с ЛЛСН ракет, заключающийся в формировании поля управления ракетой модулированным лазерным излучением, приеме аппаратурой управления (бортовым фотоприемным устройством) ракеты этого излучения и в преобразовании его в электрические сигналы для подачи команд управления ракетой. После пуска ракета встреливается в поле управления (модулированный лазерный луч или растр, образованный в результате сканирования луча в поле управления ракетой) и осуществляет полет к цели в этом луче (растре).

Известен способ защиты объектов от управляемых ракет (патент РФ № 2129288, G01S 17/06, 1999 г.), заключающийся в обнаружении лазерного излучения, определении координат источника излучения, ориентации частотно-импульсного помехового лазера в направлении источника лазерного излучения и излучении помеховых лазерных импульсов в этом направлении. Недостатком данного способа является низкая вероятность подавления лазерного сигнала управления ракетой и (или) сигналов управления несколькими управляемыми ракетами при групповой атаке. Данный недостаток является следствием следующих причин:

1) излучение помеховых лазерных импульсов в направлении источника лазерного излучения является демаскирующим признаком, позволяющим атакующему изменить параметры лазерного канала управления ракетой и тем самым сорвать возможное противодействие;

2) отсутствие учета текущей помеховой обстановки (ТПО) в пространстве реализации противодействия предъявляет к системе защиты объекта от управляемых ракет значительные требования по обеспечению энергетики лазерного помехового излучения в направлении источника лазерного излучения.

Известен способ защиты объекта от ракет, управляемых модулированным лазерным излучением (патент РФ № 2320949, «Способ защиты объекта от управляемых ракет», опубликованный 27.03.2008 г. в Бюл. № 9), выбранный в качестве способа-прототипа. Технический результат данного способа направлен на снижение вероятности попадания ракеты в цель за счет помехового лазерного воздействия на фотоприемное устройство ракеты. При этом данное воздействие осуществляется направлением помехового лазера на источник излучения, реотражением от формирующей оптики ЛЛСН помехового луча и получением в растре энергии, превышающей пороговую чувствительность фотоприемника, что в свою очередь приводит к появлению ложных сигналов управления ракетой и, как следствие, ее отклонению от линии прицеливания.

Недостатком данного способа является отсутствие учета текущей помеховой обстановки (ТПО) управляемого пространства «источник лазерного излучения - цель» и влияющих на ТПО факторов, таких как рельеф местности, время года, суток и метеоусловия в области траектории полета управляемой ракеты, что требует огромных энергетических затрат со стороны обороняющегося для обеспечения мощности реотраженного от формирующей оптики ЛЛСН сигнала, превышающего пороговую чувствительность фотоприемника ракеты. Кроме того, недостатком способа-прототипа является неспособность своевременного противодействия групповой атаке (двумя или более управляемыми ракетами) без применения значительных затрат как энергетического, так и технического характера. Все перечисленные недостатки обеспечивают низкую вероятность подавления лазерного сигнала управления ракетой и (или) сигналов управления несколькими управляемыми ракетами при групповой атаке.

Техническим результатом настоящего изобретения является расширение возможностей способа-прототипа и повышение вероятности подавления лазерного сигнала управления ракетой и (или) сигналов управления несколькими управляемыми ракетами при групповой атаке.

Технический результат достигается тем, что определяют возможную траекторию полета ракеты в растре управляемого поля ЛЛСН ракеты, рассчитывают точки возможного эффективного подавления (ТВЭП) управляемого лазерного излучения в зависимости от ТПО с учетом рельефа местности, времени года, суток и метеоусловий в области траектории полета ракеты, осуществляют выбор наилучших в энергетическом смысле ТВЭП управляемого лазерного излучения из возможных, с учетом скорости движения ракеты последовательно ориентируют помеховые лазерные генераторы (ПЛГ), объединенные в единую управляемую сеть (ЕУС), на выбранные ТВЭП, по мере приближения ракеты к цели ПЛГ излучают помеховые лазерные импульсы (ПЛИ), при прохождении ракетой ТВЭП определяют факт отклонения траектории ракеты или выхода ракеты из растра управляемого лазерного излучения, ПЛГ прекращают излучать ПЛИ или переориентируются для излучения ПЛИ на следующие (новые) ТВЭП лазерного информационного сигнала управления ракетой и (или) лазерных информационных сигналов управления других (новых) ракет.

Точки возможного эффективного подавления - точки пространства, лежащие в области распространения управляющего лазерного луча, при воздействии на которые со стороны помехового лазерного генератора можно добиться отношения «сигнал/шум», не превышающего уровня чувствительности приемника управляемой системы, в каждой из этих точек.

Чувствительность приемника оптической системы - минимальный уровень мощности оптического излучения (или соответствующего потока фотонов), при котором обеспечивается требуемое соотношение «сигнал/шум» оптической системы (Иванов А.Б. Волоконная оптика. Компоненты, системы передачи, измерения. - М.: Syrus systems, 1999, 672 с.).

Текущая помеховая обстановка - совокупность количественных оценок помеховой обстановки в зоне действия помеховых лазерных генераторов в определенный интервал времени.

Заявленный способ поясняется чертежами, на которых показаны:

фиг.1 - пространственно-геометрическая модель способа защиты объекта от управляемых ракет;

фиг.2 - блок-схема, поясняющая способ защиты объекта от управляемых ракет;

фиг.3 - бюджет мощности оптического канала управления ракетой в атмосфере при воздействии на него помехового лазерного излучения.

Пространственно-геометрическая модель способа защиты объекта от управляемых ракет, представленная на фиг.1, включает в себя прямоугольный треугольник VOC, сторона |VO| которого располагается перпендикулярно поверхности Земли. Точка V задает положение в пространстве вертолета-носителя, находящегося над поверхностью Земли на высоте h_в, и фактически является точкой начала лазерного излучения. Точка С задает положение цели, по которой осуществлен пуск управляемой ракеты. Ракета изображена на фиг.1 схематично, при этом точка А задает положение принадлежащего ракете приемника лазерного излучения. Над поверхностью Земли ракета находится на высоте h_p. Фактически точка С является конечной точкой лазерного управляющего ракетой излучения. Таким образом, отрезок |VC| треугольника VOC ограничивает начало и конец лазерного канала управления ракетой. Единая управляемая сеть ПЛГ представлена на фиг.1 сегментами ПЛГ₁, ПЛГ ₂ и ПЛГ₃. Для помеховых лазерных лучей ЕУС ПЛГ не весь отрезок |VC| является объектом противодействия, а лишь его часть. Данная часть отрезка с одной стороны ограничена точкой S₁, а с другой стороны - точкой X_a. Точка S₁ задает в пространстве первую ТВЭП для одного из ЕУС ПЛГ. Проекция точки S₁ на поверхность Земли принадлежит точке L₁, соответствующей координате противодействия на цифровой карте местности. Точка пространства Х_а , принадлежащая траектории полета управляемой ракеты, задает точку, в которой возможен переход управления ракетой с лазерного канала управления на управление головкой самонаведения ракеты. Проекцией точки X_a на поверхность Земли является точка Х_р. Замкнутый сегмент сферы R₁X_a R₂X_p, ограниченный точками R₁ , X_a, R₂, Х_р, является предельной частью воздушного пространства, в котором возможно включение головки самонаведения ракеты, захват цели и самостоятельная корректировка дальнейшей траектории полета ракеты. Дальность эффективного действия головок самонаведения большинства ракет, носителями которых являются боевые вертолеты, не превышает 3 км, при этом эффективная дальность применения управляемых по лазерному лучу ракет составляет от 15 до 20 км (Родионов Б.И., Новиков Н.Н. Крылатые ракеты в морском бою. По материалам открытой зарубежной печати. - М.: Воениздат, 1987, 215 с.: ил). Под управлением лазерного луча ракета с момента ее пуска пролетает от 12 до 17 км со скоростью 250-300 м/с. Таким образом, у системы защиты объекта от управляемых ракет минимально есть только 40-56 секунд для воздействия ПЛИ на оптический канал управления ракетой.

На фиг.2 изображена блок-схема, поясняющая сущность способа защиты объекта от управляемых ракет. В функциональном блоке 1 в реальном масштабе времени осуществляется обнаружение и сопровождение оптоэлектронных объектов с их привязкой к электронным картам местности. Координаты сопровождения оптоэлектронных объектов в реальном масштабе времени в системе электронных карт местности поступают через информационные выходы функционального блока 1 на информационные входы функциональных блоков 2 и 3. В функциональном блоке 2 определяются амплитудные, частотные и временные характеристики лазерного излучения, а также рассчитываются возможные траектории полета управляемой ракеты. Так как управляемая ракета встреливается в растр управляющего лазерного луча, который распространяется по прямой линии, если ему ничто не препятствует и он не взаимодействует с другими лучами (Теория оптических систем: Учебник для студентов приборостроительных вузов. / Заказнов Н.П., Кирюшин С.И., Кузичев В.Н. - М.: Машиностроение, 1992, 448 с.), то расчет возможной траектории осуществляется по координатам источника лазерного излучения и цели, находящейся в возможном радиусе поражения управляемой ракетой. Информационные выходы функционального блока 2 являются информационными входами функциональных блоков 3, 6 и 9.

В функциональном блоке 5 при помощи лазерных локаторов (Физика. Большой энциклопедический словарь. / Гл. ред. A.M.Прохоров. - М.: Большая российская энциклопедия, 1999, с.340) осуществляется активное зондирование атмосферы в радиусе эффективного подавления помеховыми лазерными генераторами с целью формирования данных о текущей помеховой обстановке в зоне ответственности, а в случае осуществления пуска управляемой ракеты осуществляется определение ее текущих координат полета по направлению к цели. Информационные выходы функционального блока 5 являются информационными входами функциональных блоков 6 и 9. Данные о текущей помеховой обстановке поступают в блок 6. В функциональном блоке 6 формируются массивы данных об ослаблении лазерного сигнала в зоне действия ПЛГ с характеристиками лазерного управляющего сигнала, определенными в функциональном блоке 2. Информационный выход блока 6 является информационным входом блока 3. В блоке 3 с учетом характеристик управляемого лазерного сигнала, полученных из функционального блока 2, координат источника излучения, полученных из блока 1, а также данных о текущей помеховой обстановке, полученных из блока 6, осуществляется расчет бюджета канала управления лазерным лучом и определяются ТВЭП.

Бюджет канала - это расчет баланса потерь и прибыли; он определяет подобное соотношение между ресурсами передачи и приема, источниками шума, поглотителями сигнала и результатами процессов, выполняемых в канале (Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение, 2-е издание.: Пер. с англ. - М.: Издательский дом «Вильямс», 2003, с.270).

Пример бюджета канала управления представлен на фиг.3 сплошной кривой линией. В зависимости от характеристик ПЛГ и ТПО осуществляется расчет бюджета канала противодействия каналу управления. На фиг.3 данный бюджет канала противодействия каналу управления представлен штрихпунктирной кривой линией. Сопоставление полученных в ходе расчета линий позволяет определить участок на фиг.3, для которого выполняется следующее условие:

где Р_ИЛИ - мощность источника лазерного излучения канала управления;

Р_ПЛИ - мощность помехового лазерного излучения канала противодействия;

Р_Р - уровень чувствительности приемника лазерного излучения.

Удовлетворяющий условию (1) участок на фиг.3 есть совокупность требуемых значений мощности ПЛГ, направленных в определенную точку пространства для обеспечения соотношения «сигнал/шум» (Р_ИЛИ/Р_ПЛИ ), не превышающего порога чувствительности фотоприемника управляемой ракеты. Другими словами, это и есть ТВЭП. Выход функционального блока 3 является входом функционального блока 4. В функциональном блоке 4 осуществляется выбор из совокупности ТВЭП наилучших в энергетическом смысле ТВЭП, определяются координаты этих точек на цифровой карте местности - точки L₁, L₂ , L₃ на фиг.1 и 3, а также координаты этих точек в пространственных координатах - точки S₁, S₂ , S₃ на фиг.1. Штрихпунктирная кривая на фиг.3 показывает, какой уровень мощности помехового лазерного излучения Р_ПЛИ должен быть в точке размещения помехового лазерного генератора L_ПЛГ, чтобы с учетом ТПО в точке пространства А фиг.1 обеспечить результирующую мощность с источником лазерного излучения Р_ИЛИ, удовлетворяющую неравенству 1. Выход функционального блока 4 является входом функционального блока 7. В блоке 7 осуществляется управление единой управляемой сетью ПЛГ. По выбранным в блоке 6 точкам в блоке 7 формируются управляющие команды для каждого ПЛГ_i из сети. Управляющий выход блока 7 является управляющим входом блока 8. В блоке 8 по управляющей команде осуществляется излучение оптического помехового импульса и (или) серии импульсов с требуемыми характеристиками в заданную область пространства.

Текущие координаты полета ракеты передаются из функционального блока 5 в функциональный блок 9. В функциональном блоке 9 осуществляется контроль текущей траектории полета управляемой ракеты в пространстве атмосферы и времени, при значительном отклонении ракеты от первичной траектории, рассчитанной в блоке 2, и (или) выходе ракеты из-под управления в блоке 9 вырабатывается сигнальный код для блока 7 о прекращении излучения ПЛГ.

Проведенный анализ существующих способов позволил установить, что аналоги, тождественные признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного способа условию патентоспособности «новизна». Сравнение заявленного решения с другими техническими решениями показывает, что большинство перечисленных блоков, реализующих способ, являются известными, однако их введение в указанной связи с другими блоками приводит к повышению вероятности подавления лазерного сигнала управления ракетой и (или) сигналов управления несколькими управляемыми ракетами при групповой атаке. Введенные отличительные признаки - учет текущей помеховой обстановки, расчет бюджета оптических каналов управления и противодействия и выбор точек наилучшего в энергетическом смысле подавления канала управления - в аналогах не встречаются. Следовательно, заявляемый способ удовлетворяет критерию «изобретательский уровень».

Промышленная применимость способа заключается в возможности его использования для защиты объектов военного назначения от ВТО с лазерно-лучевыми системами наведения (ЛЛСН) и реализации этапов способа на существующей в настоящее время элементной базе.