Технические науки

Космическое оружие: дилемма безопасности. Автора- А.Г.Арбатов, А.А.Васильев, Е.П.Велихов...
Москва, Мир, 1986
5.1.1. Требования по разрешению

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 хn – размер чувствительной площадки приемника; > – фокусное расстояние оптической системы;хm – 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.

Размер пятна рассеяния, создаваемого дифракционно ограниченной оптической системой на больших дальностях, соответствует размеру проекции цели в фокальной плоскости системы обнаружения на таких дальностях.

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

При этом линейный размер чувствительного элемента приемника в наиболее перспективных оптических системах может составлять несколько микрометров. Так, например, разрабатываемый в США большой ИК-телескоп при диаметре зеркала 5 м и рабочей длине волны 4 мкм обеспечивает линейное разрешение в плоскости приемника, которого по геометрическим критериям [5.12] достаточно для обнаружения и опознавания цели на указанных дальностях. Однако результаты других американ-сжих исследований ПЗС-датчика изображения [5.10], обладающего высоким квантовым выходом и низким уровнем шумов и предназначенного для высокочувствительной пассивной системы слежения за спутниками, свидетельствуют о том, что чувствительность кристаллического элемента мозаичного датчика резко падает при уменьшении его линейного размера (рис.5.2). Поэтому уровень сигнала, достаточный для обнаружения цели,

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 (tобр = = 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 RVH = 1000 км, что недостаточно для поражения нужного количества целей на активном участке полета.

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

Соответствующие компоненты системы ПРО должны в реальном масштабе времени обнаруживать, опознавать и выдавать

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).

Однако в этом случае следует иметь в виду, что электрический сигнал с твердотельных мозаичных датчиков определяется квантовым выходом фоточувствительного слоя приемника, т.е. потенциальным рельефом, который образуется под действием светового потока на поверхности элементов датчика. Нужно отметить, что квантовый выход существующих светочувствительных слоев (соединений кремния) распределен по электромагнитному спектру излучения таким образом, что его максимум приходится на «красную» и «инфракрасную» часть спектра (см. рис.5.3), а в «синей» и «ультрафиолетовой» областях существенно уменьшается. Поэтому при оценке достижимых дальностей обнаружения и

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.

вернуться к содержанию
вернуться к списку источников
перейти на главную страницу

Релевантная научная информация:

  1. Космическое оружие: дилемма безопасности. Автора- А.Г.Арбатов, А.А.Васильев, Е.П.Велихов... Москва, Мир, 1986 - Технические науки
  2. 5.1.1. Требования по разрешению - Технические науки
  3. 5.1.2. Требования по быстродействию - Технические науки
  4. 8.2. Нидерланды - Исторические науки
  5. 13.1. Международные отношения и революционное движение в Европе в XIX веке - Исторические науки
  6. 13.2. Буржуазные революции в Латинской Америке, США, Японии - Исторические науки
  7. Глава 14. Россия в хіх веке - Исторические науки
  8. 2.2. Оперативная надежность боевых космический станций - Технические науки
  9. Некоторые научно-технические аспекты построения системы перехвата баллистических ракет на конечном участке траектории - Технические науки
  10. 5.1 Подсистема обнаружения,опознавания и наведения на цель - Технические науки
  11. 8.1. Международно-правовые основы использования космического пространства в мирных целях - Технические науки
  12. 8.2. «Стратегическая оборонная инициатива» и международное право - Технические науки
  13. 4.3. Основные направления научно-технического прогресса и их влияние на охрану окружающей среды и рациональное природопользование - Экология и природопользование
  14. 10.3. Организация экологического аудита предприятия - Экология и природопользование
  15. 11.6. Основные требования при проверке экологического аудита предприятия - Экология и природопользование
  16. 11.9. Необходимость экологического учета предприятия - Экология и природопользование
  17. 5.5. Становление современной дидактической системы - Педагогика
  18. 6.3. Цикличность процесса обучения - Педагогика
  19. 12.3. Организация учебной деятельности учащихся на уроке - Педагогика
  20. 15.1. Характеристика закономерностей воспитания - Педагогика

Другие научные источники направления Технические науки: