 |
Фоны, их общая характеристика
|
|
|
|
Основные свойства фонов рассмотрим для классов ОЭС, работающих на естественных оптических трассах в приземном слое воздуха, с авиационных и космических носителей. Подобный подход означает лишь тот факт, что внимание будет уделено практике применения ОЭС для наблюдения удаленных объектов.
Практически для всех случаев следует подчеркнуть, что классифицировать большинство источников излучения (объектов наблюдения) как цель или фон затруднительно, так как в зависимости от задачи, решаемой ОЭС, один и тот же объект может быть как фоном, так и целью. Например, облака – фон, мешающий пеленгации стартующих с поверхности земли ракет и эти же облака – цель для ОЭС, устанавливаемых на космических аппаратах -спутниках погоды. Вместе объекты и окружающий их фон образуют поле излучений – фоноцелевую обстановку (ФЦО), спектральные характеристики которой изменяются в пространстве и во времени. Для систем обнаружения и распознавания одной из основных функций является оперативный анализ ФЦО, завершающийся выделением из шума сигнала реальной цели. Эта задача осложняется тем, что если источником полезного сигнала является только излучение реального объекта – цели, то источником шума могут быть излучения как естественного фона, так и ложных целей, собственное излучение оптической системы, шум приемника и усилителя сигнала, а также флуктуации параметров всех элементов ОЭС.
Данные в ФЦО необходимы для решения следующих задач –
· создания моделей типовых целей и алгоритмов обнаружения, распознавания и сопровождения, целей с разделением их по приоритетности;
· управления основными оптическими параметрами объекта для их оптимизации при создании малозаметных целей, например, по технологии, определяемой в зарубежной практике как “Стелс-технология”
|
|
|
· имитации и моделирования различных режимов работы ОЭС на стадии отработки конструкции и, в том числе, в плане решения задачи снижения стоимости прибора;
· разработки системы идентификации объектов сложной конструкции в автоматическом режиме за счет фильтрации фона и корреляции путем сравнения характерных параметров принимаемого изображения и эталона цели.
Объем информации о ФЦО, необходимый разработчикам ОЭС, зависит от типа и назначения прибора. Например, является ли прибор пассивным или активным. При этом по мере увеличения средств радиоэлектронного противодействия, по единодушной оценке, специалистов все шире будут использоваться комбинированные пассивно-активные многоспектральные ОЭС.
В виде таблицы дадим иллюстративный пример комплексирования различных диапазонов длин волн для получения требуемой информации о летательных аппарата.
| ОЭС комбинированного типа из двух датчиков | Объект обнаружения | Информация, которая должна быть получена |
| Коротковолновый. + длинноволн. ИК диапазон ИК диапазоны Коротковолн. + Видимый ИК диапазон диапазон УФ диапазон + Видимый диапазон | Факел Холодные Объекты Аэродинамические цели | Высота полёта цели, величина тяги, состав топлива Габариты, форма конструкции, ориентация относительно солнца, температура корпуса Состав топлива |
Примеры исходных условий наблюдения:
1. Излучение мощных ракетных двигателей на активном участке полета сконцентрировано в области 2,7 и 4,26 мкм и характеризуется температурой ~1400 К. При этом сила излучения факела может достигать (1…8)×106вт×ср-1, что на несколько порядков превосходит силу фонового излучения. На заключительном этапе активного участка, при разделении головной части ракеты, двигательные установки отдельных субэлементов существенно маломощны, сила их излучения 30-100 вт×ср-1, а температура нагрева поверхности ~300 К, что сравнимо с тепловым фоном Земли. В данном случае удобнее различать такие субэлементы на фоне “холодного” космоса, температура которого ~4 К.
|
|
|
2. В системе УФ/видимый каналы условия наблюдения существенно изменяются – здесь должны учитываться факторы отражения солнечного излучения корпусом, минимальный контраст холодной цели в УФ и наличие здесь информационного сигнала от неё в том случае, если действует двигательная установка (ДУ) / минимальный контраст цели без ДУ в УФ обусловлен практически полным поглощением излучения озоном атмосферы в области £ 0,22 мкм и резким снижением в области длин волн короче 0,3 мкм коэффициентов отражения современных конструкционных материалов/.
Как уже отмечалось, фоновые образования являются сложными нестационарными источниками, оптические характеристики которых зависят от многих причин:
· условий освещения,
· географического положения,
· сезона,
· метеоусловий,
· типа подстилающей поверхности, времени и т.д.
Поэтому наиболее адекватные результаты описания фонов могут быть получены только на основе статистического анализа экспериментальных данных с выделением дисперсии, коэффициентов корреляции, средних величин и т.д.
С учетом излучения Солнца и температурного режима естественных источников излучения на Земле в общем потоке радиации воспринимаемой ОЭС в диапазоне длин волн £3…3,5 мкм доминирует отраженное излучение - это так называемая подсветочная область спектра. В области > 5 мкм преобладает собственное излучение объектов и фонов. Участок длин волн 3-5 мкм –как бы переходный.
Ниже на рис.2-19 проиллюстрируем энергетические характеристики фонов типичными примерами в виде спектральных зависимостей изменения яркости фонов и объектов или составляющих их элементов.
Рис.2 Схематический спектральный ход яркости оснащенной
Солнцем стороны Земли, наблюдаемой со спутников.
|
|
|
Пунктирными кривыми показана яркость абсолютно
черного тела при температуре 300°С и 200°К.
Рис.3. Спектральная сигнатура фона – поверхности
земли (а) и факела ракетного двигателя (б).
Рис.4. Спектральный состав отраженной солнечной составляющей
от инверсионного следа самолета В-57 на высоте 8,5 км
(измерения сверху).
Рис.5. Спектральная интенсивность излучения факела
в функции длины волны для пяти типов РДТТ
ракеты “Сатурн”
Рис.6. Спектральный ход яркости облаков и льда
(1-перистые, 2-кучевые, 3-лед со снегом).
Рис.7. Спектральная яркость ясного солнечного
неба в районе Колорадо на высоте 3,3 км,
t=+8°С (различные углы возвышения).
Рис.8 Изотермы факела турбореактивного двигателя
на максимальной тяге на уровне моря без
дожигания и на форсаже.
Рис.9. Поле температур факела ракетного двигателя.
Рис.10. Индикатрисы излучения самолета “В-66”
с двумя турбореактивными двигателями;
а – в вертикальной плоскости, в – в горизонтальной.
Рис.11. а,б – относительная спектральная лучистость для некоторых
фоновых образований, в- спектральная лучистость типичных
|
|
|
земных фонов при наблюдении днем: 1-снег, 2 – черное тело 35 ° С;
3 - почва 32 ° С; 4-белый песок; 5 – трава.
Рис.12. Пример съемки местности в видимом (а) и ИК(б) диапазонах.
На рис.12 б видно яркое белое пятно – пленка нефтепродуктов на воде.
Рис.13. Изображение объекта в области 8-14 мкм
(Виден яркий двигательный отсек).
Рис.14. Тот же объект, зарегистрированный в области 4-5 мкм:
в изображении: превалирует яркость факела ДУ
Рис.15. ИК съемка местности на участке
слива в реку промышленных стоков.
Рис.16. Демонстрация эффекта, достигаемого синтезированием
(объединением) изображений, полученных в нескольких
спектральных диапазонах: А) 1-2 мкм: Б) 3,5-5,5 мкм;
В) 8-13 мкм; Г) – синтезированное изображение.
Рис.17. Некоторые примеры данных по учету
особенностей изменения ФЦО.
Рис.18. Изменение яркости одного и того же объекта
в разных условиях (пример модельного расчета)
Рис.19 Физическое и математическое моделирование в лазерной локации (ЭПР – эффективная поверхность рассеяния).
|
|
|
