Пристрій виявлення лазерного опромінення

Власники патенту UA 2334243:

Пристрій виявлення лазерного опромінення відноситься до області приладобудування, точніше оптико-електронних приладів. Використовується для вирішення завдань попередження про загрозу атаки об'єкта, на якому воно встановлено, для наземних систем військової техніки, авіації та ракетної техніки. Технічний результат, що досягається, полягає в розширенні температурного діапазону роботи пристрою, поліпшенні аеродинамічних характеристик і збільшенні поля огляду. Зазначений результат досягається за рахунок того, що заявлений пристроїв містить приймальний об'єктив, оптично пов'язаний світловодом з фотоприймачем, блок обробки сигналів, при цьому приймальний об'єктив дисторзирующего типу виконаний з термостійких матеріалів і забезпечений вхідним оптичним компонентом у вигляді плоскої пластини з сапфіру, при цьому світловод представляє є багатожильний світловолоконний кабель, а перед фотоприймачем додатково встановлений об'єктив перенесення зображення. 1 іл.

Винахід відноситься до галузі приладобудування, вимірювальної та інформаційної техніки, точніше до оптико-електронних приладів, що забезпечують виявлення факту і напрями опромінення об'єкта, що захищається лазерним випромінюванням, і може бути використане для вирішення завдання попередження про загрозу атаки об'єкта, на якому воно встановлено, як для наземних систем озброєння, так і для авіації та ракетної техніки.

До пристроїв виявлення лазерного опромінення, що встановлюються на об'єктах авіації та ракетної техніки, пред'являються такі вимоги:

- виявлення факту та напрями лазерного опромінення у широкому кутовому полі;

- жорсткі вимоги до аеродинамічних, температурних та масогабаритних характеристик;

- Високешвидкодія пристрою у зв'язку з малою тривалістю імпульсу лазерного випромінювання;

- Спектральний діапазон роботи - ближній ІЧ.

Недоліком даних пристроїв є використання скануючих блоків. Наявність механічних вузлів призводить до зростання складності пристроїв, їх нетехнологічності та складності юстування виробів.

До недоліків останнього і вищезгаданих відомих пристроїв слід віднести те, що вони не можуть бути встановлені на об'єкти, корпус яких в процесі експлуатації нагрівається до дуже високих температур, так як такого нагрівання будуть схильні вхідні оптичні елементи пристрою і розташовані в безпосередній близькості від них фотоприймачі що неминуче призведе до виходу останніх з ладу. Крім того, при встановленні на ракетну техніку відомі пристрої не відповідають вимогам з аеродинаміки, що накладає обмеження на габарити частин, що виступають за контури об'єкта.

Відомий пристрій містить оптичну систему (приймальний об'єктив), що складається з декількох об'єктивів, осі яких розгорнуті у просторі для організації необхідної зони огляду. У фокальній площині кожного об'єктива розташовані вхідні торці двох світловолокон, причому одне з волокон є опорним і має довжину, постійну для кожної пари волокон, а довжина другого кожної пари волокон різна. На вихідних торцях групи опорних волокон та групи волокон із змінною довжиною встановлені фотоприймачі. Напрямок падаючого лазерного випромінювання визначається в блоці обробки сигналів за величиною часового інтервалу між імпульсами, що надійшли на фотоприймач, з'єднаний з групою опорних волокон, і фотоприймач, з'єднаний з групою волокон зі змінною довжиною. Точність визначення напрямку на лазерне джерелоЦей пристрій залежить від кількості об'єктивів і пар світловолокон.

Можна припустити, хоча в патенті це не відображено, що даний пристрій може працювати при нагріванні оптичних вхідних елементів до деякої температури за рахунок використання світловолокон, які дозволяють видалити фотоприймачі і блок обробки сигналів на деяку відстань від нагрітих елементів.

Однак, через велику кількість вхідних вікон в оптичній системі, при встановленні пристрою на ракетних носіях аеродинамічні вимоги не виконуватимуться. Крім того, при розташуванні приймальних об'єктивів, як зображено в патенті, забезпечується отримання інформації про виявлення лазерного випромінювання в кутовому полі α×β, де кут залежить від кількості об'єктивів, а кут β надзвичайно малий і обмежується апертурою одного об'єктиву, оптично сполученого з одним волокна. Тому для отримання значного поля огляду необхідне використання дуже великого набору об'єктивів, пов'язаних зі своїми парами світловолокон.

Завданням даного винаходу є створення пристрою, що забезпечує виявлення факту і напрями опромінення об'єкта, що захищається лазерним випромінюванням в широкому кутовому полі в жорстких температурних і аеродинамічних умовах.

Технічним результатом винаходу моделі є розширення температурного діапазону роботи пристрою, а отже, і спектра можливих об'єктів установки при одночасному поліпшенні аеродинамічних характеристик і збільшення поля огляду.

Поставлене завдання вирішується, а зазначений технічний результат досягається за рахунок того, що в пристрої виявлення лазерного опромінення, що містить приймальний об'єктив, оптично сполучений світловодом з фотоприймачем, і блок обробки сигналів, приймальний об'єктивдисторзирующего типу, виконаний з термостійких матеріалів, забезпечений вхідним оптичним компонентом у вигляді плоскої пластини з сапфіру, при цьому світловод є багатожильний світловолоконний кабель, а перед фотоприймачем додатково встановлений об'єктив перенесення зображення.

Причому при необхідності виявлення факту наявності опромінення фотоприймач може бути одноелементним, а для вимірювання кутових координат вхідного потоку необхідно використовувати матричне ФПУ. Від формату МФПУ та методу обчислення координат центру плями розсіювання на матриці залежить точність визначення напрямку випромінювання.

Приймальний об'єктив виконується за схемою, що формує поле огляду в тілесному куті близько 120 ° у вигляді кружка діаметром 2 мм у фокальній площині. Вхідний елемент об'єктива є плоскою пластиною, виконаний з високоміцного термостійкого матеріалу - сапфіру, що витримує температури до 1500°С, має невеликий діаметр не більше 30 мм і тим самим забезпечує мінімальні спотворення оболонки об'єкта будь-якої аеродинамічної форми. Система перенесення зображення, що представляє собою волоконно-оптичний кабель (ВОК) зі світловим діаметром 2 мм, забезпечує можливість видалення блоку електроніки, що включає об'єктив переносу зображення, фотоприймач і блок обробки сигналів на значну відстань від приймального об'єктива. Таке конструктивне рішення мало обмежена межах об'єкта, т.к. втрати сигналу ВОК не перевищують 1-2 дБ/км (принаймні, для діапазону довжин хвиль до 1,5 мкм).

Зазвичай блок електроніки зображення надходить у вигляді електричних сигналів. В даному випадку у зв'язку з відсутністю необхідних температурних умов перетворення оптичного зображення на електричні сигнали здійснюється в блоціелектроніки.

На кресленні представлена функціональна схема заявляється пристрою, що пояснює сутність пропонованого технічного рішення.

У зовнішню оболонку об'єкта, що захищається, вбудовується вхідне вікно 1, виконане з високоміцного термостійкого матеріалу (сапфір), яке разом з лінзами 2 і 3 з кварцу утворює термостійкий приймальний об'єктив 4, що створює проміжне зображення простору предметів у фокальній площині 5 на передньому торці ВОК 6 . зображення переноситься на задній торець ВОК площину 5', віддалену від фокальної площини 5 на відстань, яке вибирається з конструктивних міркувань, що визначаються конструкцією об'єкта. З площини 5' проміжне зображення об'єктивом переносу 7 переноситься в площину 5'', в якій встановлений фотоприймач 8. Фотоприймач 8 формує електричний сигнал, що надходить блок обробки сигналів 9, з виходу якого сигнал надходить в систему захисту об'єкта. Об'єктив перенесення зображення 7, фотоприймач 8 блок обробки сигналів 9 утворюють блок електроніки 10.

Залежно від розмірів зображення в площині 5' і чутливої площадки фотоприймача 8 при переносі зображення з площини 5' в площину 5' його масштаб можна змінити за рахунок вибору лінійного збільшення об'єктива переносу 7.

Заявляється технічне рішення працює наступним чином. Пристрій виявлення лазерного опромінення встановлюється на об'єкті, що захищається. Випромінювання зовнішнього джерела лазерного опромінення потрапляє на приймальний об'єктив 4, формує проміжне зображення на вхідному торці ВОК 6, яке потім переноситься по ВОК 6 на задній торець і за допомогою об'єктиву переносу 7 потрапляє на фотоприймач 8.

У разі визначення лише факту наявності лазерного опромінення у пристроївикористовується одноелементний фотоприймач. У цьому випадку сформований у фотоприймачі імпульс напруги потрапляє в блок обробки сигналів, де посилюється підсилювачем і для виключення шумів від випадкових та фонових перешкод порівнюється з граничним значенням. У разі перевищення порога сигнал видається в систему захисту (у схему інтерфейсу та обміну командами з бортовою апаратурою у вигляді команди «Виявлення»).

При необхідності визначення кутових координат джерела лазерного опромінення пристрій встановлюється багатомайданний фотоприймач. У цьому випадку в блоці обробки сигналів сигнал з кожного майданчика посилюється підсилювачем і наявність сигналів запам'ятовується у відповідних пристроях. Номери засвічених майданчиків передаються в обчислювач, де визначаються шукані координати лазерного опромінювача. Отримана інформація надходить у систему захисту. Від формату багатомайданного фотоприймача та алгоритму, що закладається в обчислювач, залежить точність вимірювання напряму опромінення.

Пристрій за пропонованим технічним рішенням є конструкцією, що складається з приймального об'єктиву, виконаного у вигляді оптичного блоку, блоку електронного і волоконно-оптичного кабелю. Вхідний елемент оптичного блоку встановлений в оправі з карбосилу або іншого термостійкого матеріалу, інші оптичні деталі блоку закріплені в оправах і встановлені корпус об'єктива з титану. Через отвір в оправі до об'єктиву приєднано волоконно-оптичний кабель. Задній торець ВОК заводиться в електронний блок, який має незалежний корпус з розміщеними в ньому вузлами.

Таким чином, винахід дозволяє створити пристрій, що забезпечує не тільки виявлення факту опромінення об'єкта, що захищається і, при необхідності, визначеннянапрями опромінення, але і можливість використання на об'єктах, що не дозволяють з аеродинамічних міркувань мати значні за розмірами виступаючі частини над зовнішньою оболонкою об'єкта, а також високу температуру оболонки і жорсткі обмеження за розмірами вхідного вікна в оболонці.

1. Пристрій виявлення лазерного опромінення, що містить прийомний об'єктив, оптично пов'язаний світловодом з фотоприймачем, і блок обробки сигналів, що відрізняється тим, що приймальний об'єктив дисторзирующего типу, виконаний з термостійких матеріалів, забезпечений вхідним оптичним компонентом у вигляді плоскої пластини з сапфіру, при цьому світловод є багатожильний світловолоконний кабель, а перед фотоприймачем додатково встановлений об'єктив перенесення зображення, причому сформований у фотоприймачі сигнал надходить в блок обробки сигналів, де посилюється і порівнюється з пороговим значенням, у разі перевищення якого видається сигнал у вигляді команди «Виявлення».

2. Пристрій п.1, що відрізняється тим, що фотоприймач виконаний одноелементним.