Математическая морфология.
Электронный математический и
медико-биологический журнал. - Т. 8. -
Вып. 4. - 2009. - URL:
http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/TITL.HTM
http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/N-24-html/TITL-24.htm
http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/N-24-html/cont.htm
УДК
621.391.161
Полунатурное
моделирование процесса обнаружения воздушных целей в искусственных помехах,
воздействующих на ОЭС
Ó 2009 г. Жендарев М. В.
Анализ полученных
результатов моделирования процесса обнаружения воздушных целей показал
работоспособность корреляционного способа обнаружения тепловых объектов в
искусственных помехах (излучения вспышек фейерверка), вероятность обнаружения
для кучевой облачности 6 баллов составила 51%, для ясной облачности составила
70%.
Ключевые слова: моделирование, искусственные помехи, ложные тепловые
цели.
Существующие ОЭС работают
при постоянном воздействии помех. По происхождению, помехи, делят на –
искусственные и естественные. Искусственные помехи связаны с излучением
промышленных объектов и излучением организованных искусственных помех, к которым
относят излучение ложных тепловых целей ЛТЦ, пиротехнических помех, искусственных
туманов и различных ослепляющих средств. К естественным помехам относятся возникающие
из-за мешающего излучения Солнца, Луны, других небесных тел, различных фонов и
природных образований.
По характеру воздействия
искусственные помехи делятся на маскирующие и имитирующие. Маскирующие помехи
создают фон, на котором трудно выделить полезный сигнал, а кроме этого
значительно ослабляют его. К этому классу помех относят искусственные и
естественные туманы, облака, дымки и другие протяжённые естественные излучатели,
флюктуационные организованные помехи, а также внутренние шумы ОЭС [1]. Имитирующие
помехи излучают энергию подобно излучению целей. Эти помехи, как правило,
организованы противником. Они создают ложную информацию о числе, расположении
излучающих или отражающих целей, об изменении их характеристик во времени в
угловом поле зрения оптической системы и называются ложными тепловыми целями (ЛТЦ).
Такие помехи являются одним из самых эффективных средств противодействия ЗРК,
сигналы создаваемые ими по ряду характеристик аналогичны сигналам от истинных
целей, что значительно ухудшает работу оптических систем.
Рис. 1. Нормированная
контрастная сила излучения комбинированного электрохимического источника (ЛТЦ).
Использование специальных
покрытий и аэрозолей снижает интенсивность излучения нагретых частей двигателей
самолётов и вертолётов примерно на 90% в диапазоне от 1 до 20 мкм. А
применение объектами, летящими на малых скоростях (армейская авиация),
маскирующих аэрозолей и дымов в условиях облачности, делает неэффективным
применение ЗРК с оптическими системами наведения оружием [2-3].
С помощью мобильного измерительно-вычислительного
комплекса (ИВК), работающего в диапазонах длин волн 3÷5, 8÷13 мкм
9 мая и 25 сентября 2008 года были проведены натурные измерения контраста
яркостей излучения вспышек фейерверка на фоне облачного неба. При проведении эксперимента
предполагалось, что характер излучения вспышек фейерверка можно считать
аналогичным излучению ложной тепловой цели (ЛТЦ) (рис. 2-3).
В современных снарядах для
фейерверков продолжает использоваться старейший пиротехнический состав – черный
порох, одновременно выполняющий функции метательного и взрывчатого вещества.
Формула черного пороха по существу не претерпела изменений на протяжении веков:
это известная смесь нитрата калия (широко известной калиевой селитры), древесного
угля и серы.
Пиротехнический процесс в
принципе не отличается от обычного горения. В состав пиротехнической смеси
входят источник кислорода (окислитель) и горючее вещество (восстановитель). Они
представляют собой обычно отдельные твердые химические реагенты, которые должны
быть механически смешаны. При нагревании происходит реакция с обменом электронами,
или, иначе, окислительно-восстановительная реакция [4].
Свечение обусловлено температурным нагревом, атомарным и молекулярным
излучением. Его цвет зависит от того, в какой области видимого спектра
излучается основная часть энергии.
Видимый свет представляет
собой электромагнитное излучение в диапазоне длин волн от 380 до 780 нм. Свет с
наибольшей длиной волны воспринимается глазом как красный, а свет с наименьшей
длиной волны — как фиолетовый. Светящийся объект виден как белый, если излучает
во всем видимом спектре. Если большая часть световой энергии излучается в
пределах узкой полосы длин волн, то цвет такого излучения будет соответствующим
данному участку спектра.
Пиротехнические составы излучают свет при трех основных процессах:
температурном свечении (тепловое излучение абсолютно черного тела), атомарном
излучении и молекулярном излучении. Температурное свечение имеет место в случае
с нагреванием в пламени твердых тел или жидких частиц до высоких температур.
Горячие частицы излучают в широком спектре, освобождаясь при этом от избыточной
энергии. Чем выше температура, тем короче длина волны излучаемого света. Интенсивность
излучения пропорциональна четвертой степени температуры пламени, поэтому
незначительное повышение температуры приводит к резкому усилению яркости.
Белые сигнальные ракеты содержат в своем составе в качестве горючего
химически активный металл типа магния. Твердые частицы оксида, образующиеся при
окислении металла, нагреваются до температуры более 3000°С – до "белого каления".
Смесь перхлората калия и мелкого алюминиевого или магниевого порошка
обеспечивает получение яркой вспышки белого света [4].
Более крупные частицы
металла продолжают оставаться горячими дольше, чем частицы порошка, и способны
гореть за счет кислорода воздуха. Такие частицы образуют искры белого света,
мгновенных вспышек они не дают. Чем крупнее частица, тем дольше длится искра.
Частицы железа и древесного угля не нагреваются так сильно, как частицы активных
металлов; они могут быть нагреты только до 800°С, вследствие чего образуют
менее яркие золотистые искры. Спектральное распределение нормированной контрастной
силы излучения салюта с температурами
800°С-3000°С, можно считать аналогичным излучению ложной тепловой цели.
Рис. 2. Вспышки салюта над городом
а б
Рис. 3.
Применение ЛТЦ самолётом: а) Ан-26; б) А-10А
Условия измерения 9 мая 2008
г.:
- температура воздуха Т=90
С;
- давление P=737 мм рт. ст.;
- МДВ 10 км;
- кучевая облачность (Cu) 6
баллов (рисунок 4).
Условия измерения 25
сентября 2006 г.:
- температура воздуха Т=160
С;
- давление P=744 мм рт. ст.;
- МДВ 15 км;
- ясное небо (рис. 5).
Рис. 4. Состояние атмосферы до начала салюта
Рис. 5. Состояние атмосферы до начала салюта
Полученные в процессе
натурных измерений результаты были использованы в качестве исходных данных для
проведения моделирования. Из имеющейся базы моделей салюта были отобраны по 100
массивов изображений 
, полученных в спектральном диапазоне 8÷13 мкм
для ясного и кучевого типа облачности. В каждом из сеансов измерений ИВК
регистрировались яркости излучения вспышек фейерверка на фоне текущей облачности
и угловые координаты. Строки со вспышками салюта измерялись с 22.00 до 22.15 по
10 секунд с частотой 125 Гц (интервал дискретизации 0,008 мс). В
каждой строке получилось по 1225 отсчётов. Всего за время измерений было
проведено 11 сеансов. Дальность до салютных установок составляло 3,5 км.
Кроме того, проводились измерения фоновых излучений облачного неба до салюта и
после него. До салюта проводились измерения с 20.46 до 21.05, после него – с
22.19 до 22.39 по 81 строкам, через 0,5 град. Строки измерялись по
1,223 сек. с частотой 333 Гц (интервал дискретизации 0,003 мс).
В каждой строке получилось по 407 отсчётов. В каждом из сеансов измерений 25 сентября
регистрировались яркости излучения вспышек фейерверка на фоне текущей
облачности и угловые координаты в течение 10 секунд с частотой дискретизации
100 Гц. Объём реализаций составил 1000 отсчётов по каждому из каналов. В
набор массивов изображений 
включены результаты
для следующих типов облачности: ясная, кучевая 6 баллов [4].
Таблица 1.
Ясный тип облачности
|
Отношение сигнал-шум |
Вероятность обнаружения вертолёта корреляционным способом |
||||||
|
Дальность обнаружения 6 км |
Дальность обнаружения 7 км |
Дальность обнаружения 8 км |
Дальность обнаружения 9 км |
Дальность обнаружения 10 км |
Дальность обнаружения 11 км |
Дальность обнаружения 12 км |
|
|
6 |
0,44 |
0,36 |
0,30 |
0,25 |
0,21 |
0,19 |
0,12 |
|
7 |
0,77 |
0,73 |
0,70 |
0,68 |
0,63 |
0,62 |
0,60 |
|
8 |
0,93 |
0,87 |
0,85 |
0,80 |
0,80 |
0,80 |
0,77 |
|
9 |
0,93 |
0,89 |
0,87 |
0,84 |
0,82 |
0,80 |
0,78 |
|
10 |
0,94 |
0,93 |
0,90 |
0,86 |
0,84 |
0,81 |
0,80 |
|
11 |
0,96 |
0,94 |
0,92 |
0,89 |
0,88 |
0,86 |
0,82 |
|
12 |
0,98 |
0,97 |
0,97 |
0,94 |
0,92 |
0,93 |
0,90 |
Таблица
2.
Кучевой
тип облачности 6 баллов
|
Отношение сигнал-шум |
Вероятность обнаружения вертолёта корреляционным способом |
||||||
|
Дальность обнаружения 6 км |
Дальность обнаружения 7 км |
Дальность обнаружения 8 км |
Дальность обнаружения 9 км |
Дальность обнаружения 10 км |
Дальность обнаружения 11 км |
Дальность обнаружения 12 км |
|
|
6 |
0,22 |
0,20 |
0,11 |
0,10 |
0,08 |
0,04 |
- |
|
7 |
0,60 |
0,59 |
0,57 |
0,54 |
0,52 |
0,51 |
0,51 |
|
8 |
0,65 |
0,61 |
0,59 |
0,56 |
0,56 |
0,50 |
0,49 |
|
9 |
0,69 |
0,63 |
0,60 |
0,59 |
0,57 |
0,54 |
0,52 |
|
10 |
0,73 |
0,72 |
0,70 |
0,65 |
0,63 |
0,60 |
0,54 |
|
11 |
0,75 |
0,73 |
0,70 |
0,67 |
0,64 |
0,61 |
0,57 |
|
12 |
0,91 |
0,86 |
0,83 |
0,82 |
0,79 |
0,78 |
0,76 |
Анализ полученных результатов показал, что в диапазоне 8÷13 мкм, вероятность обнаружения цели на имитируемой дальности 12 км составила не менее 51%. Низкий уровень вероятности объясняется сложным характером излучения ЛТЦ, поскольку излучающие элементы имеют нестабильность в температуре горения. Следовательно контрастная сила излучения перекрывает широкий спектр. Максимум интенсивности излучения приходится на длину волны до 2-3 мкм. Частично спектр ЛТЦ перекрывает спектр излучения цели, что приводит к ошибкам обнаружения ВЦ.
Литература
1. Якушенков Ю. Г., Луканцев В. Н., Колосов М. П. Методы борьбы с
помехами в оптико-электронных приборах.-М.: Радио и связь, 1981,-181 с.
2. Александров. Б. Перспективные системы индивидуальной защиты
самолетов. -М.: Изд. "Красная
звезда". Зарубежное военное обозрение, № 8, 1996, с. 39-42.
3. Нивеницын Э. Л. Комплексная оценка свойств аэрозольных экранов
как средств защиты ЗРК и ЗРС ПВО Сухопутных войск от высокоточного оружия. -
диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, Смоленск,
1998, -113 с.
4. Соболева Э.А. Об использовании
неорганических веществ в военном деле // Химия в школе. 2002. № 7. С.30-34.
POLUNATURNOE MODELING of the
PROCESS of the FINDING AIR INTEGER In RADIO JAMMING, ACTING UPON OES.
Zhendarev
M. V.
The
аnalysis got result of modeling of the process of the finding air integer has
shown capacity to work korrelyacionnogo way of the finding heat object in radio
jammings (the radiations flash firework), probability of the finding for cumulous
cloud 6 compositions-la 51%, for clear cloud has formed 70%.
Key
words: modeling, radio jammings.
Кафедра радиотехники
Академия
войсковой ПВО Вооруженных Сил РФ
им.
Маршала Советского Союза А. М. Василевского, г. Смоленск
Поступила в редакцию 18.11.2009.