Оптический блок неконтактного взрывателя боеприпаса
Владельцы патента RU 2546219:
ОАО "Научно-исследовательский институт электронных приборов" (RU)
Изобретение относится к неконтактным взрывателям различных боеприпасов, срабатывающих от воздействия излучения оптического диапазона. Оптический блок неконтактного взрывателя боеприпаса содержит источник оптического излучения, коллимирующую линзу, фокусирующую линзу и фотоприемник. За коллимирующей линзой установлена цилиндрическая линза, а фоточувствительный элемент фотоприемника выполнен в виде матрицы из М≥1 независимых рядов по N≥1 независимых фоточувствительных элементов в каждом ряду, имеющих индивидуальные выходы. Длина матрицы из N элементов, расположенной вдоль экваториальной плоскости боеприпаса, соизмерима с фокусным расстоянием фокусирующей линзы. Технический результат - повышение вероятности обнаружения малоразмерных целей и селекции низколетящих целей на фоне подстилающей поверхности. 3 ил.
Изобретение относится к области вооружений, в частности к неконтактным оптическим взрывателям различных боеприпасов, срабатывающих от воздействия излучения оптического диапазона.
Известно оптическое устройство для неконтактного взрывателя (патент США US 3786757, МПК F42C 13/02, опубликован 22.01.1974 г.), состоящее из источника оптического излучения, коллимирующей линзы, двух отражателей, выполненных в форме зеркальных конусов, и фотоприемника. Излучение от источника оптического излучения, установленного в фокальной плоскости коллимирующей линзы, отражается от поверхности первого зеркального конуса и выводится наружу в направлении «вперед и вбок» относительно направления движения боеприпаса. Оптическое излучение от поверхности цели отражается от второго зеркального конуса и попадает на фотоприемник, который преобразует оптический сигнал в электрический и производит его дальнейшую обработку.
Недостатками данного устройства являются:
- отсутствие защищенности от оптических помех, т.к. устройство имеет один канал, и, как следствие, принимает помеховый сигнал в угле 360°,
- неспособность к селекции низколетящих малоразмерных целей на фоне подстилающей поверхности, так как устройство принимает сигнал от подстилающей поверхности в широком угле, в то время как малоразмерная цель занимает малую долю угла наблюдения, что неизбежно приводит к превышению сигнала от подстилающей поверхности над сигналом от малоразмерной цели на ее фоне.
Известен оптический блок для обнаружения цели (патент РФ 2151372 от 20.06.2000 г., МПК F42C 13/02), принятый за прототип, содержащий источник оптического излучения, коллимирующую линзу, фокусирующую линзу и фотоприемник.
Недостатками данного устройства являются:
- низкая вероятность обнаружения малоразмерных целей из-за наличия значительной мертвой зоны в пространстве между узкими лучами оптического излучения, при этом при увеличении дальности до малоразмерной цели вероятность ее обнаружения снижается пропорционально квадрату расстояния до поверхности цели;
- низкая вероятность селекции низколетящих целей на фоне подстилающей поверхности, поскольку заданная дальность срабатывания обеспечивается только за счет юстировки осей диаграмм направленности зондирующих пучков источника излучения и соответствующих диаграмм чувствительности фотоприемников, при этом не учитываются отражающие свойства поверхностей целей, имеющие значительный разброс (до 10 раз между поверхностями черного и белого цвета) и вносящие значительный разброс заданной дальности срабатывания.
Задачей изобретения является:
- исключение мертвых зон в заданной области обнаружения устройства;
- создание возможности определения расстояния до отражающей поверхности (цель, подстилающая поверхность);
- снижение влияния подстилающей поверхности на вероятность обнаружения малоразмерной цели.
Технический результат, достигаемый изобретением:
- повышение вероятности обнаружения малоразмерных целей до значений, близких к 1 в пределах заданной области обнаружения;
- повышение вероятности селекции низколетящих, в том числе малоразмерных, целей на фоне подстилающей поверхности.
Сущность изобретения состоит в следующем.
Оптический блок неконтактного взрывателя боеприпаса содержит источник оптического излучения, коллимирующую линзу, фокусирующую линзу, фотоприемник, отличающийся тем, что в канале передатчика за коллимирующей линзой установлена цилиндрическая линза, что позволяет сформировать зондирующий оптический пучок в виде веера с углом раскрыва n, a фоточувствительный элемент фотоприемника выполнен в виде матрицы из M≥1 независимых рядов по N≥1 независимых фоточувствительных элементов в каждом ряду, имеющих индивидуальные выходы, при этом в экваториальной плоскости боеприпаса веерная приемная диаграмма чувствительности оптического блока состоит из N смежных в меридиональной плоскости боеприпаса приемных диаграмм чувствительности, а длина ряда из N элементов в экваториальной плоскости соизмерима с фокусным расстоянием фокусирующей линзы и определяет ширину приемной диаграммы чувствительности оптического блока.
Технический результат достигается за счет:
- исключения мертвых зон в заданной области обнаружения устройства, что повышает вероятность обнаружения малоразмерных целей;
- создания в меридиональной плоскости боеприпаса М смежных зон чувствительности оптического блока, разнесенных по дальности, позволяющего при обработке сигнала учесть расстояние до отражающей поверхности, что повышает вероятность селекции низколетящей цели на фоне подстилающей поверхности.
- уменьшения доли сигнала, отраженного от подстилающей поверхности, что повышает вероятность селекции низколетящей малоразмерной цели на фоне подстилающей поверхности;
Изобретательский уровень предлагаемого оптического блока неконтактного взрывателя боеприпаса подтверждается тем, что он обладает, по сравнению с известными аналогами, одновременно несколькими новыми свойствами:
- обеспечивает возможность создания, с помощью набора оптических блоков, неконтактного взрывателя со сплошной зоной обнаружения в экваториальной плоскости боеприпаса, что значительно повышает вероятность обнаружения малоразмерных целей;
- обеспечивает повышение вероятности селекции низколетящих целей на фоне подстилающей поверхности за счет создания в меридиональной плоскости боеприпаса смежных зон чувствительности, разнесенных по дальности;
- обеспечивает повышение вероятности селекции низколетящих малоразмерных целей на фоне подстилающей поверхности за счет деления зоны наблюдения в экваториальной плоскости на более мелкие зоны, что уменьшает долю сигнала, отраженного от подстилающей поверхности.
На фиг.1 показана оптическая схема предлагаемого устройства для матричного фотоприемника при M=2.
На фиг.2 показано расположение чувствительных элементов фотоприемника предлагаемого устройства.
На фиг.3 показана зона обнаружения предлагаемого устройства, состоящего из шести оптических блоков.
Оптический блок неконтактного взрывателя боеприпаса (фиг.1) состоит из источника излучения 1, коллимирующей линзы 2, цилиндрической линзы 3, защитных стекол 4, 5, фокусирующей линзы 6, фотоприемника 7.
Устройство работает следующим образом.
Оптическое излучение источника 1 (фиг.1), сколлимированное линзой 2, расширяется цилиндрической линзой 3 в веерообразный пучок, через защитное стекло 4 выводится наружу боеприпаса и зондирует сектор пространства вокруг боеприпаса. Фокусирующая линза 6 и матричный фотоприемник 7 формируют M смежных в меридиональной плоскости веерообразных приемных диаграмм чувствительности, образующих M разнесенных по дальности зон чувствительности (8) и (9) фотоприемника, в свою очередь каждая из М приемных диаграмм делится в экваториальной плоскости на N смежных диаграмм. Расположение чувствительных элементов фотоприемника показано на фиг.2. При наличии отражающей поверхности (цель, подстилающая поверхность) в зоне действия блока излучение отражается от поверхности и через фокусирующую линзу 6 попадает на фоточувствительные элементы фотоприемника, формируя электрические сигналы с каждого из выходов фотоприемника в соответствии с размером и расположением отражающей поверхности.
Неконтактный взрыватель, построенный из 6 оптических блоков (фиг.3), имеет практически сплошную в экваториальной плоскости боеприпаса зону обнаружения, что обеспечивает вероятность обнаружения малоразмерных целей до значений, близких к 1 в пределах заданной дальности обнаружения.
Авторами разработан и изготовлен макет лазерного датчика цели, состоящего из 6 лазерных приемо-передающих блоков, каждый из которых имеет раскрыв зондирующего лазерного пучка в экваториальной плоскости до 60°. В качестве источника излучения используется полупроводниковый лазерный диод, имеющий мощность оптических импульсов (100-120) Вт. В качестве фотоприемника используется фотоприемный модуль с пороговой чувствительностью 3·10-8 Вт, имеющий два ряда фотоплощадок по 4 в ряд, и индивидуальные видеоусилители для каждой фотоплощадки.
Испытания, проведенные на макете, показали 100% селекцию малоразмерной цели диаметром 0,2 м на дистанции до 3 м на фоне подстилающей поверхности, расположенной на дальности более 3,5 м.
Оптический блок неконтактного взрывателя боеприпаса, содержащий источник оптического излучения, коллимирующую линзу, фокусирующую линзу и фотоприемник, отличающийся тем, что за коллимирующей линзой установлена цилиндрическая линза, а фоточувствительный элемент фотоприемника выполнен в виде матрицы из М≥1 независимых рядов по N≥1 независимых фоточувствительных элементов в каждом ряду, имеющих индивидуальные выходы, при этом длина матрицы из N элементов, расположенной вдоль экваториальной плоскости боеприпаса, соизмерима с фокусным расстоянием фокусирующей линзы.
