Результат интеллектуальной деятельности: Способ обнаружения малоразмерных воздушных целей

Изобретение относится к области вооружений и может быть использовано в неконтактных взрывателях боеприпасов.

Известно бортовое устройство с лазерным блоком для обнаружения целей (патент США №5138947, МПК: F42C 13/02, опубл. 18.08.1992), состоящее из источника оптического излучения, коллимирующей линзы, двух зеркал и фотоприемника. Зеркала установлены на подвижную панель, которая фиксируется в двух положениях. Одно из зеркал плоское и выполнено в форме уголкового отражателя. Второе зеркало выполнено фокусирующим. Оптическое излучение от поверхности цели отражается вторым зеркалом на фотоприемник, установленный в фокусе этого зеркала. Фотоприемник преобразует оптический сигнал в электрический, и производит его дальнейшую обработку.

Недостатком данного устройства является низкая вероятность обнаружения малогабаритных целей.

Известен оптический блок для обнаружения цели (патент РФ №2151372, МПК: F42C 13/02), состоящий из источника оптического излучения, установленного в фокальной плоскости коллимирующей линзы, системы светоделения, установленной между коллимирующей линзой и защитным стеклом, фокусирующей линзы, фотоприемниками и светофильтра, установленного между фокусирующей линзой и фотоприемниками.

Недостатками указанного блока является значительные габаритные и низкая точность фиксации малогабаритных целей.

Известно техническое решение (патент РФ №2496096), представляющее собой оптикоэлектронный датчик цели. В этом решении предложен оптический блок взрывателя реактивных снарядов, который содержит два и более приемоизлучающих канала, каждый из которых содержит электронный блок, импульсный источник оптического излучения, и фотоприемник, соединенные с электронным блоком.

Недостатками указанного блока является значительные габаритные размеры из-за необходимости установки большого количества приемоизлучающих каналов для обнаружения малоразмерных целей.

Предлагаемое техническое решение свободно от этих недостатков.

Предлагаемый способ обнаружения малоразмерных воздушных целей неконтактным оптическим взрывателем боеприпаса, заключающийся в том, что во взрыватель вокруг продольной оси боеприпаса устанавливают несколько оптических приемоизлучающих каналов, каждый из которых содержит импульсный источник оптического излучения и фотоприемник, соединенные с электронным блоком, по информации с фотоприемников судят о наличии цели. В качестве импульсного источника оптического излучения используют лазер. С целью охвата большей области облучения одним лучом лазера угол излучения каждого лазера в радиальном направлении непрерывно изменяют с помощью акустооптического отклоняющего устройства. Фотоприемники снабжают объективами с рефракторами, работающими в диапазоне длин волн, излучаемых лазерами, что позволяет фиксировать отраженные сигналы лазера от цели. По информации с фотоприемников судят о наличии цели и ее положении относительно оси боеприпаса. Для охвата всей области вокруг боеприпаса количество излучателей k выбирают из соотношения k<360°/β, где β - угол отклонения луча лазера при прохождении через акустооптическое отклоняющее устройство. Сокращение количества излучателей обеспечивается за счет того, что луч каждого излучателя отклоняется от оси на угол β с помощью акустооптического устройства, которое устанавливается на пути луча лазера, и, тем самым, обеспечивается сканирование всего пространства в зоне неконтактного датчика цели. Этот эффект (отклонение оптического луча с помощью акустооптических элементов) известен в физике и называется акустооптической рефракцией. Акустооптическая рефракция это - искривление хода световых лучей в неоднородно деформированной звуковой волной среде. Возникает данное явление в случае, когда поперечный размер светового пучка d значительно меньше длины звуковой волны λ. Тонкий световой луч, падающий нормально на звуковой пучок толщиной D, после прохождения его отклоняется от своего первоначального направления на угол β, пропорциональный длине L пути светового луча в звуковом поле (L≅D) и градиенту показателя преломления среды n. Схема такого хода лучей приведена на рисунке фиг. 1.

Фиг. 1. Схема хода луча лазера через акустооптическое устройство: 1 - луч лазера диаметром d, 2 - акустооптическая ячейка, D - толщина акустооптической ячейки, 3 - акустическая волна, λ - длина акустической волны, возбужденной в акустооптической ячейке, β - угол отклонения луча лазера после прохождения акустооптической ячейки.

Угол отклонения β меняется во времени с частотой звука Ω по закону:

определяя синусоидальный закон сканирования светового луча. В соотношении (1) λ - длина звуковой волны в акустооптическом устройстве (фиг. 1), а

- амплитуда модуляции показателя преломления n, S₀ - амплитуда деформации в звуковой волне, р - упругооптическая постоянная вещества (постоянная Поккельса), характеризующая зависимость показателя преломления от упругой деформации. Величина угла отклонения ограничена, т.к. при больших β искривленный световой луч попадает в область звуковой волны, где градиент деформации меняет знак, и начинается отклонение луча в противоположную сторону.

При использовании лазеров в инфракрасном диапазоне длин волн рассмотренные выше условия d<<λ выполняются, что позволяет отклонять луч лазера с помощью известных акустооптических устройств.

Наиболее эффективны акустооптические устройства, основанные на акустооптическом кристалле парателлурита TeO₂. В устройстве могут быть использованы акустооптические дефлекторы серии AOBD 4075-IR компании GOOCH&HOUSEGO, с центральной частотой управляющего сигнала 75 МГц, предназначенные для управления угловым положением оптического луча в пространстве, в спектральном диапазоне 1066-1100 нм. Либо акустооптические дефлекторы российской фирмы АО «Сигма-Оптик» серии Фотон-2203 с центральной длиной волны 1064 нм. Дефлекторы серии AOBD 4075-IR и Фотон-2203 изготовлены из диоксида теллура (ТеO₂), и оптимизированы для высокоскоростного сканирования в ИК диапазоне длин волн.

Акустооптические ячейки устанавливаются на выходе оптической схемы лазера.

В качестве импульсного лазера для неконтактного датчика цели в предлагаемом техническом решении может быть использован квантово-электронный модуль КЭМ-1 (импульсный полупроводниковый лазерный излучатель инфракрасного диапазона с центральной длиной волны 1064 нм со схемой накачки и регулировкой частоты), а в качестве фотоприемника квантово-электронный модуль КЭМ-2 (одноканальный фотоприемник для приема импульсных оптических сигналов инфракрасного диапазона с центральной длиной волны 1064 нм). Разработчиком и изготовителем этих приборов является российская фирма ОАО НПП «Реф-Оптоэлектроника».

Для обеспечения панорамного приема отраженных от цели сигналов излучающего лазера перед входом фотоприемного устройства устанавливают собирающую оптику, а именно, объективы с рефракторами.

При этом может быть использована линза «Рыбий глаз» (Fish Eye). Эта линза состоит из 3-х внутренних выпуклых секций, за счет чего и получается эффект рыбьего глаза и широкий угол обзора почти на 180°. Для работы в ИК-диапазоне длин волн линзу изготавливают из германия. Такие линзы широко известны.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет малым количеством излучателей и фотоприемников обеспечить обзор всего пространства вокруг боеприпаса. При этом использование луча лазера малого диаметра позволяет при сканировании им пространства получать отраженные сигналы практически от любых малоразмерных целей. Применение широкоугольной оптики с объективами рефракторами позволяет фиксировать отраженные сигналы лазера от малоразмерных целей с широкого сектора обзора и, тем самым, обеспечивает фиксацию малоразмерных целей малым количеством излучателей и фотоприемников, что, в свою очередь, обеспечивает уменьшение габаритов конструкции неконтактного датчика цели и возможность его установки на боеприпасы малого калибра.

Изложенные сведения о заявленном изобретении, охарактеризованном в независимом пункте формулы, свидетельствуют о возможности его осуществления с помощью описанных в заявке и известных средств и методов. Следовательно, заявленный способ соответствует условию промышленной применимости.