Технические науки

Проанализируем возможности оптико-электронной системы в смысле обеспечения дальностей обнаружения и опознавания. При этом будем иметь в виду, что для обнаружения цели ее проекция должна занимать в фокальной плоскости 1 – 2 элемента разложения, а для опознавания – не менее 8 элементов мозаичного датчика. Эти значения соответствуют общепринятым критериям Джонсона – Оверингтона обнаружения и опознавания изображений, имеющих растровую (дискретную) структуру[5.10].

Выражение для дальности, на которой функционирует оптико-электронная система, имеет вид [5.11,5.12]:

(5.1)

где х_n – размер чувствительной площадки приемника; > – фокусное расстояние оптической системы;х_m – размер цели в поле зрения системы; п – число элементов приемника, занимаемое проекцией цели; N – oбщее число элементов приемника.

С учетом сказанного выше получим прииз выражения

(5.1) значение дальности обнаружения, а при> – значение дальности опознавания.

В соответствии с выражением (5.1) могут быть рассчитаны и построены зависимости дальностей обнаружения и опознавания от углового разрешения диффракционно ограниченной оптической системы (рис.5.1), согласованного с размером элемента разложения входного изображения.

Согласно опубликованным данным, угловое разрешение системы обнаружения цели на дальностях порядка 5000 км должно составлять примерно 10-⁶ – 10-⁷ рад [5.13].

достигается лишь при увеличении размера элемента датчика. Однако при этом дальности обнаружения и опознавания цели уменьшаются соответственно в 3 и 4 раза, т.е. будут составлять 1650 км для обнаружения и 1250 км для опознавания. Учитывая скорости сближения цели и системы обнаружения, а также реальное время, необходимое для обработки изображения в соответствии с существующими американскими алгоритмами обнаружения и опознавания цели, ориентированными на телевизионный стандарт (t_обр = = 25-30 мс), становится ясным, что проблема создания высокоточной системы обнаружения, опознавания и наведения, успешно работающей на требуемых дальностях, решена далеко не полностью.

С учетом реальных скоростей обработки изображения и сближения с целью системы обнаружения и опознавания дальность уничтожения цели составит R_VH = 1000 км, что недостаточно для поражения нужного количества целей на активном участке полета.

При анализе работы такой системы необходимо иметь в виду следующее обстоятельство.

команду на уничтожение не единичной цели, а нескольких десятков, сотен и даже тысяч движущихся объектов (в зависимости от участка траектории полета атакующих МБР).

Программа 'Smart sensors' предусматривает осуществление обнаружения, опознавания и приоритезации в реальном или близком к реальному масштабе времени нескольких целей (до 10). Судя по опубликованным американским данным, в настоящее время такая задача решается относительно 2 – 3 целей. Предполагается, что специальная организация плоскости изображения на базе мозаичных датчиков типа ПЗС и ПЗИ позволит к 1990 г. выполнять такие операции над 10 целями [5.14,5.15]. Увеличение числа целей, по-видимому, потребует принципиально нового подхода к организации многослойной иерархической структуры для обработки изображения с использованием таких датчиков, а также сверхбыстродействующих больших интегральных схем, специализированных ЭВМ и специальных алгоритмов, позволяющих решать задачи обнаружения и опознавания в реальном или близком к реальному масштабе времени [5.16,5.17]. Таким образом, это самостоятельная и сложная техническая задача. В настоящее время она решена далеко не полностью, и адекватное ее решение на современной технологической базе представляется многим специалистам проблематичным.

Таким образом, пассивная ИК-система обнаружения и распознавания не обеспечивает, по-видимому, в полной мере выполнения требований по дальности обнаружения и опознавания. Улучшить положение дел путем увеличения разрешения (уменьшения размера чувствительного элемента) не представляется возможным вследствие снижения чувствительности светочувствительного слоя. Возможна работа датчика в режиме накопления сигнала, формирующего потенциальный рельеф, однако быстродействие системы в этом случае снижается.

Увеличение дальности обнаружения и опознавания пассивной системы возможно было бы при уменьшении геометрического размера чувствительного элемента мозаичного датчика с одновременным использованием более коротковолнового диапазона электромагнитного спектра (например, видимого или ультрафиолетового).

распознавания необходимо учитывать, что все преимущества, которые дает увеличение разрешающей способности при уменьшении рабочей длины волны, могут быть сведены на нет снижением такого параметра чувствительного слоя приемника, как квантовый выход в этом диапазоне электромагнитного спектра. Согласование параметров приемника с «коротким» диапазоном длин волн электромагнитного спектра, как следует из ряда

американских источников, представляет собой самостоятельные техническую и технологическую задачи, решение которых требует разработки новых светочувствительных материалов.

Увеличение дальностей функционирования системы обнаружения и опознавания возможно на пути создания активных систем. Перспективным, по мнению ряда американских специалистов, представляется создание лазерных локаторов на длине волны 10,6 мкм. Главное преимущество активных систем, состоящее в увеличении дальностей, реализуется, в основном, благодаря увеличению сигнала с чувствительного элемента приемника при неизменном значении его квантового выхода. Однако нельзя упускать из виду тот факт, что проблемы разрешающей способности такой системы и связанные с ней проблемы фокусировки лазерного пучка, обеспечения точности наведения, захвата и отслеживания цели остаются теми же, что и при создании лазерного оружия. Для выполнения этих требований необходимо выводить на орбиту и размещать на космической станции лазерный излучатель и сопряженную с ним систему сканирования, обеспечивающую обнаружение, а также системы захвата и слежения за целью. Масса всех этих систем по сравнению с пассивной системой существенно больше. Так, например, существующие американские лазерные локаторы, предназначенные

для работы на больших дальностях, и необходимые для их работы гиро-стабилизированные платформы со следящими приводами могут иметь массу в несколько сот килограмм. В то же время масса пассивной системы, выполненной на базе микросхем, не требующей излучателя и высокоточной оптической системы фокусировки, как правило, не превышает нескольких килограмм.

Кроме того, нельзя не учитывать то обстоятельство, что пассивная система в целом значительно более помехоустойчива, чем активная. Ложные излучатели, работающие на той же длине волны, что и лазерный локатор в системе ПРО, как и пассивные отражатели, могут серьезно осложнить работу такой системы.