Способ снижения оптической заметности летательных аппаратов

Способ снижения оптической заметности летательных аппаратов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Способ относится к маскировке и может быть использован для проведения мероприятий по скрытию летательных аппаратов (ЛА) военного назначения от средств оптико-электронной и визуальной разведки противника.

Известны способы снижения оптической заметности ЛА, основанные на применении на ЛА маскировочного и деформирующего окрашивания (см., например, заявка Великобритании №1595615 по классу F41Н 3/00, 1981 г. и патент США №4611524, 1986 г.).

Основным недостатком указанных аналогов является низкая эффективность снижения оптической заметности ЛА, обусловленная невозможностью адаптации цвета и яркости покрытий к вариациям цвета и яркости фона наблюдения. Действительно, для эффективного снижения заметности ЛА необходимо поддержание непрерывного сочетания яркости и цвета маскируемых элементов поверхности ЛА (а значит и ЛА в целом) с окружающим фоном в зависимости от изменения условий его освещенности в течение суток, отдельных дней, времен года и т.д. Кроме того, при освещении ЛА солнечным светом имеет место значительный контраст между затененными и освещенными сторонами ЛА.

Известны также способы снижения оптической заметности ЛА, основанные на управлении средствами снижения заметности, обеспечивающем изменение оптических характеристик элементов поверхности ЛА в зависимости от изменения их освещения и фона наблюдения [Патент США №5144877, 1992 г. Aviation Week and Space Technology, 07.06.93, v.138, №23, p.136-137. Экспресс-информация. Авиационная и ракетная техника. 2002 г., №20, патент России №2221209 по классу F41Н 3/00].

Основным недостатком известных способов является их недостаточная эффективность. Это связано с тем, что управление оптическими характеристиками средств снижения заметности осуществляется на основе информации об освещенности поверхности ЛА. Известно (см. Сапожников Р.А. Теоретическая фотометрия. М.: Энергия, 1977 г.), что для того чтобы по результатам освещенности определить яркость поверхности, необходимо знание оптических характеристик этой поверхности как энергетических, так и пространственных. Определить эти характеристики можно для случая, если поверхность является диффузно отражающей (см. патент России №2221209 по классу F41Н 3/00). Однако в действительности покрытия на ЛА, особенно с управляемыми оптическими характеристиками, имеют диффузно-направленный характер отражения, зависящий как от направления освещения, так и от направления наблюдения. Поэтому для эффективного управления яркостью элементов поверхности ЛА необходимо точное знание регулировочных зависимостей F_i(U) для каждого i-го элемента

где O_i(α,β,θ,ϕ) - оптические характеристики i-го элемента поверхности при освещении этого элемента под углами (α,β) и наблюдении под углами (θ,ϕ), U_i - управляемые сигналы, N - число элементов поверхности с управляемыми оптическими характеристиками.

Для того чтобы точно знать регулировочные характеристики (1), они должны быть, во-первых, измерены, что выполнить достаточно сложно. Во-вторых, регулировочные характеристики (1) могут изменяться в процессе эксплуатации.

Более высокой эффективностью по сравнению с предыдущими аналогами обладает способ снижения оптической заметности летательных аппаратов [см. Military Technology, vol.XVIII, 5, pp.38-40, 6, pp.68-71, 1994], который является и наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению. Управление N средствами снижения оптической заметности ЛА в указанном способе осуществляется за счет размещения на внешней поверхности ЛА N датчиков, измерения ими освещенностей N элементов поверхности ЛА с дискретных направлений освещающего пространства, расчета в бортовом вычислительном устройстве яркостей N элементов поверхности ЛА и изменения яркостей этих элементов с целью обеспечения их минимального контраста с фоном наблюдения.

Основным недостатком данного способа, как и аналогов, является недостаточная его эффективность, обусловленная тем, что яркости элементов поверхности ЛА рассчитывают с погрешностями, обусловленными незнанием пространственных характеристик отражения элементов поверхности, что приводит к погрешности в определении регулировочных характеристик, обеспечивающем минимальный контраст поверхностей ЛА с фоном наблюдения. Действительно, хотя в данном способе по сравнению с аналогами и производится учет зависимости характеристик отражения элементов поверхности ЛА от направления освещения за счет того, что освещенность N-го элемента поверхности измеряют с известного направления (α,β), определяемого ориентацией датчика в пространстве, то зависимость яркости от направления наблюдения (θ,ϕ) остается неизвестной. Поэтому в прототипе предполагается, что яркости элементов поверхности ЛА не зависят от направления наблюдения.

Такое допущение, принятое в прототипе, может привести к ошибкам в определении регулировочных характеристик, зависящих от контрастов, а следовательно, и от яркостей элементов поверхности ЛА в несколько раз (см., например, Гуревич М.М. Фотометрия. Л.: Энергоатомиздат, 1983 г.), что обуславливает его недостаточную эффективность.

Задачей данного изобретения является повышение эффективности способа снижения оптической заметности ЛА за счет устранения погрешностей в определении регулировочных характеристик, обеспечивающих минимальный контраст элементов поверхности ЛА с фоном наблюдения.

Технический результат достигается тем, что в известном способе снижения оптической заметности ЛА, основанном на управлении N средствами снижения заметности, обеспечивающем изменение оптических характеристик каждого из N элементов поверхности ЛА, предварительно регистрируют изображение защищаемого ЛА на фоне в направлении возможного его наблюдения противником, полученное изображение передают на борт защищаемого ЛА, на борту на изображении выделяют каждый из М (M≤N) видимых элементов поверхности и изменяют сигналы управления каждым i-м (i=1, 2,..., М) средством до достижения минимальных значений их текущих контрастов К_i(t) (i=1, 2,..., М) с фоном.

Указанная выше совокупность отличительных существенных признаков благодаря управлению уровнем заметности ЛА на основании его же изображения, зарегистрированного и переданного на его борт, а также за счет получения точной и объективной информации о его контрастном образе и наличия обратной связи между устройством управления и зарегистрированным изображением позволяет повысить эффективность способа снижения оптической заметности ЛА.

Кроме того, заявляемый способ выгодно отличается от прототипа тем, что для его реализации не требуется измерения характеристик фона наблюдения, так как регистрируется изображение ЛА на фоне наблюдения. Более того, в заявляемом способе влияние возможного изменения характеристик фона наблюдения устраняется в процессе управления характеристиками средств снижения оптической заметности ЛА за счет изменения сигналов управления каждым i-м (i=1, 2,..., М) средством до достижения минимальных значений текущих контрастов K_i(t) видимых противником М элементов поверхности ЛА, что также способствует повышению эффективности способа снижения оптической заметности ЛА.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, идентичных всем признакам заявляемого технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявляемого изобретения условию патентоспособности "новизна".

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными признаками заявляемого способа, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники и не подтверждена известность влияния отличительных признаков на заявляемый технический результат (повышение эффективности способа снижения оптической заметности ЛА). Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень."

Заявляемое техническое решение промышленно применимо, так как оно может быть использовано в военно-промышленном комплексе и для его реализации могут быть использованы стандартное оборудование и материалы.

На чертеже приведена структурная схема устройства, реализующего предложенный способ снижения оптической заметности летательных аппаратов.

Устройство содержит: вспомогательный ЛА 1, на борту которого находится устройство получения изображения (УПИ) 2 защищаемого ЛА 3. Выход УПИ 2 соединен со входом устройства передачи изображения (УП) 4, выход которого ориентирован в направлении приемника изображения (ПИ) 5, расположенного на борту защищаемого ЛА 3. Выход ПИ 5 подключен к индикаторному устройству 6, содержащему изображения 6.1...6.М видимых с направления наблюдения противником элементов поверхности ЛА 7.1...7.М. Выход индикаторного устройства 6 подключен ко входу управляющего устройства 8, выходы которого подключены ко входам устройств управления средствами снижения заметности 9.1...9.М элементов поверхности ЛА 7.1...7.М.

Роль вспомогательного ЛА 1 может выполнять специальный или любой находящийся в боевом строю ЛА, оборудованный средствами получения и передачи изображений, который на время "настройки" системы снижения оптической заметности занимает положение на линии визирования защищаемого ЛА средствами наблюдения противника.

В качестве средств получения 2 и передачи изображений 4 могут использоваться телевизионные или тепловизионные системы, работающие в диапазоне оптических частот средства наблюдения противника.

В качестве приемника изображения 5 и индикаторного устройства 6 может использоваться также телевизионная камера, выполняющая роль приемной телевизионной камеры.

Роль управляющего устройства 8 может выполнять человек-оператор.

В качестве устройств управления средствами снижения заметности 9.1...9.М в зависимости от физической сущности применяемого средства могут использоваться специальные устройства, воздействующие на чувствительные к управлению элементы управляемого средства, например генераторы импульсов переменного тока (см. Оксидные электрохромные материалы. ЛГУ им. П.Стучки. Рига. 1981 г.).

В качестве управляемых средств снижения оптической заметности отдельных элементов поверхности ЛА могут использоваться распределенные по поверхности элементов ЛА источники света (см., например, Jane's International Defence Review, volume №30, april 1997, p.26-32), электрохромные покрытия, нанесенные на поверхности элементов ЛА, оптические характеристики которых изменяются под воздействием электрических управляемых сигналов (см., например, Экспресс-информация. Авиационная и ракетная техника. 2002 г., №20), управляемые полимерные покрытия (см. Aviation Week and Space Technology, 07.06.93, v.138, №23, p.136-137) и другие известные средства снижения оптической заметности ЛА, обеспечивающие изменение оптических характеристик элементов поверхности ЛА.

Устройство снижения оптической заметности летательных аппаратов, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом.

При возникновении необходимости снижения оптической заметности защищаемого ЛА 3 по командам летчика вспомогательный ЛА 1 занимает положение на линии визирования защищаемого ЛА 3 средствами наблюдения противника. Устройством получения изображения 2 (при необходимости настраиваемым по командам летчика защищаемого ЛА) регистрируется изображение ЛА 3, которое с помощью устройства 4 передается на приемник изображения 5, установленный на борту ЛА 3. С приемника изображения 5 изображение защищаемого ЛА 3 выводится на экран индикаторного устройства 6. Оператор 8, наблюдая изображения 6.1...6.М видимых элементов поверхности ЛА 7.1...7.М на экране индикаторного устройства 6, с помощью устройств управления средствами снижения заметности 9.1...9.М последовательно изменяет сигналы, управляющие оптическими характеристиками элементов поверхности ЛА 7.1...7.М до достижения минимальных контрастов изображений 6.1...6.М на наблюдаемом фоне.

На этом цикл работы устройства, реализующего заявляемый способ, заканчивается.

Оценку технического результата заявляемого способа снижения оптической заметности ЛА (повышение эффективности способа снижения оптической заметности ЛА за счет устранения погрешностей в определении регулировочных характеристик, обеспечивающих минимальный контраст элементов поверхности ЛА с фоном наблюдения) по сравнению с прототипом можно провести на основе следующих данных.

В прототипе управляющие сигналы i-м средством снижения оптической заметности i-го элемента поверхности ЛА формируются на основе расчетных значений контрастов в предположении, что отраженное от поверхности ЛА излучение не зависит от направления наблюдения. Однако известно, что при заданном направлении освещения яркость поверхности в зависимости от углов наблюдения может изменяться в несколько раз (см. Гуревич М.М. Фотометрия. Л.: Энергоатомиздат, 1983 г., с 60-61).

Предположим, что поверхность освещается под углами α=45°, β=0° и имеет коэффициент отражения, близкий к единице. Тогда в рассматриваемом случае при изменении углов наблюдении от θ=30°, ϕ=180° до θ=60°, ϕ=180° яркость ее изменится в два раза (см. Гуревич М.М. Фотометрия. Л.: Энергоатомиздат, 1983 г., с 60-61).

В этом случае, если контраст элемента, оптические характеристики которого управляются, составляет величину, например, 0,8, то изменение яркости элемента в два раза при условии, что фон не меняется, приведет к изменению контраста до величины 2,6, то есть более чем в 3 раза. Следовательно, во столько же раз увеличится и погрешность в определении регулировочных характеристик, обеспечивающих минимальный контраст элемента с фоном, что приводит к низкой эффективности способа.

В заявляемом изобретении в отличии от прототипа регулировочные характеристики определяются на основе анализа контрастного образа защищаемого ЛА. Поэтому независимо от зарегистрированного (первоначально существующего) контраста элементов поверхности ЛА с фоном регулирование средствами снижения заметности осуществляется до тех пор, пока контраст этих элементов на изображении не достигнет порогового значения, которое присуще устройству управления. При анализе контрастного образа ЛА на экране индикаторного устройства оператором эта величина составляет ˜ 0,1 (см. Кацев И.Л., Зеге Э.П. Дальность визуального и телевизионного обнаружения объекта в рассеивающей среде. //Изв. АН СССР. ФАО. 1989. Т.25. №7. С.734). Следовательно, погрешность в определении регулировочных характеристик в заявляемом способе полностью компенсируется.

Таким образом, предложенный способ снижения оптической заметности летательных аппаратов за счет управления уровнем заметности ЛА на основании его же изображения, зарегистрированного и переданного на его борт, позволяет за счет получения точной и объективной информации о его контрастном образе и наличия обратной связи между устройством управления и зарегистрированным изображением повысить эффективность способа снижения оптической заметности ЛА не менее чем в три раза.

Способ снижения оптической заметности летательного аппарата (ЛА), включающий формирование сигналов управления средствами снижения заметности, обеспечивающими изменение оптических характеристик элементов поверхности ЛА, отличающийся тем, что регистрируют изображение ЛА в направлении возможного его наблюдения противником, полученное изображение передают на борт ЛА, где на изображении выделяют каждый из видимых элементов поверхности ЛА и изменяют сигналы управления средствами снижения заметности до достижения минимальных значений текущих контрастов элементов поверхности ЛА с фоном наблюдения.