Контрольные вопросы к главе 4

1.Перечислите основные сферы интересов разведки любого государства.

2.Какие этапы включает в себя аналитическая работа по обработке информации?

3.Какую информацию добывает разведка коммерческих структур?

4.Перечислите основные области, представляющие инте­ рес для коммерческой разведки.

5.Перечислите, на какие составляющие можно условно разделить разведывательную деятельность, раскройте каждую из этих составляющих.

6. Перечислите методы несанкционированного доступа

к конфиденциальной информации.

7.Перечислите наземные средства добывания информации.

8.Перечислите подвиды оптической разведки.

9.Перечислите подвиды радиоэлектронной разведки.

10.Перечислите основные принципы добывания информации и раскройте каждый из них.

11.Перечислите, что входит в группу общесистемных пока­ зателей количества и качества информации.

ципом формирования изображения главным образом опреде­ ляет принадлежность этой системы к той или иной группе. Различают четыре группы съемочных систем:

-фотографические;

-телевизионные;

-оптико-механические сканеры;

-с линейками приборов с зарядовой связью (ПЗС). Телевизионные, сканерные системы и системы с линей­

ками ПЗС для преобразования и регистрации оптического изображения используют различные электронные устройства, поэтому их часто называют оптико-электронными системами.

Телевизионные и фотографические системы работают в видимом и ближнем инфракрасном (0,4...0,9 мкм) диапазо­ нах электромагнитных волн. Сканерные системы и системы с линейками ПЗС могут вести съемку в широком диапазоне спектраот длинноволновой части ультрафиолетового до инфракрасного (0,3... 15 мкм).

Съемка может производиться как в относительно ши­ роком диапазоне (например, 0,5...0,8 мкм), так и в строго ог­ раниченных сравнительно узких диапазонах (например, 0,5...0,6; 0,6...0,7; 0,7...0,8 мкм и т.д.) электромагнитных волн. Одновременная съемка в нескольких относительно уз­ ких спектральных диапазонах называется многозональной. Обнаружение и распознавание объектов на изображениях происходит в процессе их дешифрования. Причем дешифро­ вание может производиться как по изображениям, представ­ ленным на мониторах, так и по изображениям, представлен­ ным в виде аэрофильмов или снимков. Наиболее часто по изображениям на мониторах производится предварительное дешифрование, а по аэрофильмам или снимкам - детальное.

5.2. Принципы построения, функционирования

иосновные характеристики фотографической

иоптико-электронной систем разведки

Визуально-оптические системы разведки. Для визуаль­ но-оптического наблюдения применяются оптические прибо­ ры, увеличивающие размеры изображения на сетчатке глаза. В результате этого повышается дальность наблюдения, веро­ ятность обнаружения и распознавания мелких объектов. К ви­ зуально-оптическим системам разведки относятся бинокли, подзорные и стереотрубы, перископы, позволяющие осущест­ влять разведку по определенному объекту (субъекту) при бла­ гоприятных метеоусловиях в пределах прямой видимости. Ис­ пользование оптических средств - биноклей, подзорных труб - позволяет увеличить зону прямой видимости в дневное время до 3 километров, а в ночное время до 2 километров.

Увеличенное

изображение,

поступающее наоптический приемник (глаз)

Рис. 5.1. Функциональная схема средств визуально-оптической разведки

Чтобы улучшить наблюдение при тумане, ярком сол­ нечном освещении или зимой на фоне снега, на окуляры ви­ зуально-оптического прибора (бинокля, стереотрубы и т.д.) надеваются желто-зеленые фильтры. В некоторых биноклях, стереотрубах для обнаружения активных инфракрасных при­ боров ночью применяется специальный экран, чувствитель­ ный к инфракрасным лучам.

Для скрытого наблюдения удаленных объектов приме­ няют специальные телескопы, имеющие объективы с боль­ шим фокусным расстоянием. Например, телескоп РК-6500 при фокусном расстоянии 3900 мм и диаметре входной апер­ туры 350 мм позволяет опознать автомобиль на расстоянии до 10 км. Однако телескопы имеют сравнительно большие размеры (460 * 560 х 1120 мм, вес 54 кг) и устанавливаются на специальном штативе.

На базе волоконно-оптических световодов созданы раз­ нообразные типы технических эндоскопов для наблюдения через малые отверстия диаметром 6-10 мм. Типовой техни­ ческий эндоскоп состоит: из окулярной части, через которую проводится наблюдение, рабочей части в виде волоконнооптического кабеля длиной 600-1500 мм, дистанционной части, содержащей объектив, и осветительного жгута для подсветки объекта наблюдения. Эндоскопы комплектуются сетевыми или аккумуляторными осветителями с источниками света - галогенными лампами мощностью 20-150 Вт. В эндо­ скопе обеспечивается возможность отклонения дистальной части на 180° в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Угол поля зрения объектива составляет 40-60°, фокусировка объектива обеспечивает наблюдение как вблизи (от 1 мм и далее), так и «в бесконечности» (на расстоянии более 5 м).

Фотографические системы разведки. Визуально-опти­ ческое наблюдение, использующее такой совершенный при­ бор, как глаз, является одним из наиболее эффективных спо­ собов добывания информации о видовых признаках. Однако оно не позволяет регистрировать изображение для после­ дующего изучения и документирования результатов наблю­ дения. Для этих целей применяют фотографирование.

В фотографических системах разведки (космической, воздушной, наземной) в качестве устройства для съемки ис­ пользуются аэрофотоаппараты (фотоаппараты), иногда назы­ ваемые съемочной камерой.

Съемочная камера представляет собой оптико-механи­ ческий прибор для получения оптического изображения фо­ тографируемого объекта на светочувствительном слое фото­ материала.

Съемочная камера выполняет ряд функций: проецирует оптическое изображение на светочувствительный слой; дози­ рует действие светового потока, создающего фотографиче­ ское изображение; предохраняет светочувствительный мате­ риал от прямого действия света.

Проецирование (создание) оптического изображения на светочувствительном слое осуществляется с помощью объектива.

Для дозирования (ограничения) продолжительности воз­ действия излучения на фотографический материал использу­ ется затвор. Пропускание и перекрытие излучения осуществ­ ляется исполнительным элементом, а ограничение продолжи­ тельности воздействия излучения в течение заданного проме­ жутка времени - управляющим элементом затвора.

Для предохранения светочувствительного материала от засветки посторонними лучами света, а также для крепления всех механизмов и узлов фотоаппарата в единое устройство служит светонепроницаемая съемочная камера. Запас свето­ чувствительного материала хранится в специальной кассете.

Таким образом, фотоаппарат включает основные дета­ ли: съемочную камеру, объектив, затвор и кассету.

Объектив является важнейшим узлом фотоаппарата и имеет следующие основные характеристики: фокусное рас­ стояние /, угол поля зрения 2а, угол поля изображения 2(3, от­

носительное отверстие объектива —у , коэффициент прозрач­

ности (прозрачность объектива) то, светосила объектива Кс.

Качество объектива определяется в основном разре­ шающей способностью R0.

Фокусное расстояние фотоаппарата - это расстояние от задней главной (узловой) точки до заднего фокуса.

В фотоаппаратах в основном используются линзовые объективы с фокусным расстоянием от нескольких сантимет­ ров до нескольких метров (в аэрофотоаппаратах, устанавли­ ваемых на космических аппаратах).

Величина, показывающая, во сколько раз фокусное рас­ стояние объектива / меньше (больше) диаметра d0 его входного или действительного отверстия (входного зрачка),

1 называется относительным отверстием — , то есть

«о

Величину, обратную относительному отверстию п0, принято называть диафрагменным числом (диафрагмой).

От фокусного расстояния фотоаппарата и его относи­ тельного отверстия зависят масштаб и качество получаемого изображения, а также некоторые другие характеристики.

В случае аэрокосмической съемки численный масштаб определяется формулой

тЯ*

где Я - высота съемки; т - знаменатель численного масштаба.

Полем зрения объектива называется основание конуса лучей, строящих изображение бесконечно удаленного пред­ мета достаточно больших размеров (рис. 5.2). Часть поля зре­ ния, в которой получаемое изображение удовлетворяет

предъявленным к нему требованиям по качеству и освещен­ ности, называется полем изображения.

Рис. 5.2. Функциональная схема объектива фотоаппарата

Углы 2 а и 2Р, ограниченные лучами, исходящими из задней угловой точки объектива А к краям поля зрения и поля изображения, называются соответственно углом поля зрения (угол зрения) и углом поля изображения (угол изображения) в пространстве изображений. Угол поля зрения зависит от конструкции объектива, а не от его фокусного расстояния. Объективы одного и того же фокусного расстояния могут иметь разные размеры поля зрения.

Связь между фокусным расстоянием объектива / , уг­ лом изображения 2р и размерами сторон Lx,Ly кадра изо­ бражения, вписанного в поле изображения, устанавливается формулой

(5.3)

В современных фотоаппаратах (аэрофотоаппаратах) вели­ чина угла изображения колеблется от единиц до 150° и более.

где Ф0(Х) и Ф(Х) - спектральные плотности световых пото­

ков, падающего и прошедшего через объектив. Спектральная прозрачность объектива характеризует

пропускание объектива в зависимости от длины волны излу­ чения X и оценивается величиной коэффициента спектраль­ ного пропускания т0 х

Вследствие рассеивания света поверхностями линз, диафрагмой и другими деталями съемочной камеры яркость оптического изображения объектива повышается на величину Вр. Степень рассеяния света в фотокамере характеризуется

величиной коэффициента светорассеяния, показывающего какая часть светового потока, прошедшего через объектив, падает на плоскость прикладной рамки в виде рассеянного света. Величина коэффициента светорассеяния хр вычисля­

ется по формуле

Для оценки качества изображения применяется критерий разрешающей способности, который, несмотря на присущие ему недостатки, широко используется для оценки раздельного воспроизведения мелких близко расположенных объектов.

Разрешающая способность оптической системы опреде­ ляется пределом различимости мельчайших деталей изображе­ ния, и ее величина объясняется степенью дифракции, возни­ кающей вследствие ограничения пучка лучей, проходящих че­ рез объектив. Дифракция на краю округлой оправы приводит к тому, что в фокальной плоскости объектива будет не стигма­ тическое изображение точки, а сложное распределение осве­ щенности (пятно, окруженное светлыми и темными кольцами) с центральным максимумом, интенсивность которого быстро

убывает. Радиус контроля пятна, где сосредоточено 84 % всей световой энергии излучения, определяется по формуле

Тогда разрешающая способность объектива (дифракцион­ ная) R0 как величина, обратная пределу разрешения, будет равна

Из представленной формулы следует, что при уменьше­ нии действующего отверстая путем диафрагмирования разре­ шающая способность должна снижаться. В действительности при диафрагмировании наблюдается обратное явление- Ro возрастает. Это происходит потому, что кружок нерезкости уменьшается и, следовательно, качество изображения улучша­ ется. Но при очень малой величине относительного отверстия большое влияние оказывает дифракция и резкость уменьшает­ ся. Экспериментально доказано, что возрастание R0 происхо­ дит при диафрагмировании до 1:10, а начиная с отношения 1:22 Ro уменьшается. Для аэрофотоаппаратов оптимальные относительные отверстия лежат в диапазоне 1:4_1:10.

Основные тактико-технические характеристики средств фотографической разведки представлены в таблице 5.1.

По мере конструктивного развития фотоаппарат «об­ растал» различными узлами и механизмами, которые облег­ чали и автоматизировали процесс съемки, позволяли расши­ рить возможности применения фотоаппарата, улучшить его технические параметры. Эти узлы и механизмы называют вспомогательными. К ним относятся:

-видоискатель для определения границ поля изображения;

-дальномер для ручного или автоматического опреде­ ления расстояния до объекта съемки;

Т а б л и ц а 5.1

-фокусировочный механизм для совмещения фокаль­ ной плоскости объектива с плоскостью расположения свето­ чувствительного материала;

-механизм, транспортирующий фотопленку на один кадр и точно устанавливающий ее против кадрового окна фото­ аппарата;

-экспонометрический узел, предназначенный для оп­ ределения экспозиционных параметров (выдержки и диа­ фрагмы) в соответствии со светочувствительностью исполь­ зуемого фотоматериала и яркости объекта.

Профессиональные фотоаппараты известных фирм (Nikon, Canon, Kodak, Olympus, «Зенит») представляют собой сложные оптико-электромеханические устройства, автомати­ чески учитывающие все изменения в освещенности объекта во время фотосъемки.

Размер используемых в них светочувствительных мате­ риалов положен в основу условного деления всех фотоаппа­ ратов на несколько групп: микроформатные, полуформатные, мало-, средне- и крупноформатные. В фотоаппаратах приме­

няют различные типы светочувствительных материалов: фо­ топластинки, плоские и рулонные фотопленки.

Другим важным признаком классификации является на­ значение фотоаппарата. По этому признаку они делятся на общие и специальные.

От способов обеспечения резкого изображения на свето­ чувствительном материале (наводки на резкость) зависит кон­ структивное решение почти всего фотоаппарата. По этому при­ знаку фотоаппараты можно разделить на следующие группы:

-с наводкой на резкость по изображению на экране фотоаппарата (зеркальные фотоаппараты);

-с наводкой по монокулярному дальномерному устрой­ ству, механически связанному с объективом фотоаппарата;

-с неподвижным жестко встроенным объективом, сфо­ кусированным на гиперфокальное расстояние;

-автофокусирующие (с устройством автоматической фокусировки).

По технической оснащенности фотоаппараты можно разделить на следующие классы: простой, средний, высокий.

По показателям оснащенности фотоаппарата встроен­ ными экспонометрами, а также по степени автоматизации установки экспозиционных параметров фотоаппараты делят на три группы: с ручной установкой, с полуавтоматической и с автоматической установкой экспозиции.

Повышение технической оснащенности расширяет воз­ можности фотоаппаратов, но усложняет их миниатюризацию.

Микроформатные фотоаппараты имеют более простую конструкцию и заряжаются узкой пленкой 8-16 мм.

Для копирования документов наряду с мини- и микроформатными фотоаппаратами применяются специальные фото­ аппараты. Например, копировальный фотоаппарат РК-320 со­ стоит из зеркального фотоаппарата, откидной стойки, источни­ ка освещения и двух ламп по 10 вт, блока питания от батареи

ние Q (х, у, t) в виде электрических зарядов, эквивалентное оптическому В (х, у, t) изображению, где Q и В - соответст­ венно значения величины зарядов и яркости в точках с коор­ динатами х, у в момент времени t.

В вакуумных телевизионных передающих трубках про­ изводится считывание величины заряда с помощью электрон­ ного луча трубки, отклоняемого по горизонтали и вертикали магнитными полями. Эти поля создаются отклоняющими ка­ тушками, надеваемыми на горловину телевизионной трубки.

При телевизионном наблюдении изображение объекти­ вом проецируется на светочувствительный слой фотокатода вакуумной передающей трубки.

Электрический сигнал с выхода вакуумной передаю­ щей трубки усиливается и передается по кабелю или в виде радиосигналов к телевизионному приемнику. Последний выполняет обратные функции, преобразуя электрический сигнал в изображение, яркость каждого элемента которого эквивалентна амплитуде соответствующего сигнала. Фор­ мирование изображения производится на экране приемной масочной вакуумной трубки (кинескопа).

В вакуумной приемной телевизионной трубке (кине­ скопе) изображение создается на ее экране с люминофором электронным лучом, модулируемым электрическим сигналом изображения и отклоняемым по горизонтали (строке) и вер­ тикали (кадру) синхронно с траекторией отклонения луча пе­ редающей трубки. Синхронность обеспечивается путем пере­ дачи синхронизирующих сигналов в виде групп импульсов, моменты формирования которых соответствуют границам строк и кадров. Синхроимпульсы совместно с сигналом изо­ бражения образуют полный телевизионный сигнал. В прием­ нике из полного телевизионного сигнала выделяются син­ хроимпульсы, которые синхронизируют работу устройств кадровой и строчной развертки. Эти устройства формируют

сигналы, при прохождении которых по катушкам отклоне­ ния, надетых на горловину кинескопа, создаются магнитные поля, отклоняющие электронный луч.

Но вакуумные приемные телевизионные трубки, гро­ моздкие, тяжелые, хрупкие, нуждаются в высоковольтном (25 кВ) источнике постоянного тока, устройства развертки потребляют достаточно большую мощность, создаваемые трубкой поля не безвредны для здоровья человека. Поэтому в настоящее время в качестве кинескопов используются газо­ разрядные и жидкокристаллические панели.

Известно несколько типов плоских панелей для телеви­ зионных приемников, но наиболее успешно развиваются га­ зоразрядные и жидкокристаллические панели.

Газоразрядную панель образуют два плоскопараллель­ ных стекла, между которыми размещены миниатюрные газо­ разрядные элементы. В инертном газе газоразрядного эле­ мента под действием управляющих сигналов, формируемых микропроцессором устройства синхронизации и подаваемых на прозрачные электроды одного из стекол, возникает разряд с ультрафиолетовым излучением. Это излучение вызывает свечение нанесенного на переднее и заднее стекло люмино­ фора одного цвета черно-белой панели или люминофоров красного, зеленого или синего цветов цветной панели. На­ пример, газоразрядная панель японской фирмы NHK имеет формат экрана 874x520 мм, 1075 200 элементов с шагом 0,65 мм, толщину 6 мм и вес 8 кг. Панель обеспечивает яр­ кость изображения 150 кд/м2 и 256 градаций яркости.

Основой жидкокристаллической панели служат также две плоскопараллельные стеклянные панели. На одну из них нанесены прозрачные горизонтальные и вертикальные токо­ проводящие электроды. В местах их пересечения укреплены пленочные транзисторы, два вывода которых соединены с электродами на стекле, а третий образует обкладку конден­

сатора, вторую пластину конденсатора представляет про­ зрачный металлизированный слой на второй стеклянной пла­ стине, расположенной параллельно первой на расстоянии, измеряемом микронами. Между пластинами помещено орга­ ническое вещество (жидкий кристалл), поворачивающее под действием электрического поля плоскость поляризации про­ ходящего через него света. С двух сторон панели укреплены поляризационные пленки, плоскости, поляризации которых повернуты на 90° относительно друг друга.

Растр телевизионного изображения формируется сигна­ лами, генерируемыми устройством синхронизации и пода­ ваемыми на электроды стеклянных пластин. В точке пересе­ чения этих электродов, на которые подается напряжение, конденсатор заряжается, и возникает электрическое поле ме­ жду соответствующими обкладками конденсатора. В зависи­ мости от величины напряжения изменяется угол поляризации жидкого кристалла между обкладками конденсатора. При от­ сутствии напряжения и, соответственно, электрического поля жидкий кристалл поворачивает угол поляризации света от лампы подсветки на 90°, в результате чего свет свободно проходит через поляризационные пленки. В зависимости от напряжения на обкладках конденсатора угол поляризации может изменяться от 90° до 0°, а прозрачность ячейки панели - от максимальной до непропускания света. Панель цветного телевизора содержит красный, синий и зеленый светофильт­ ры, образующие триаду элемента разложения изображения. Например, панель фирмы Scarp LC-104TV1 имеет размеры по диагонали 26,4 см и 480 строк, каждая из которых содержит 1920 цветных точек, что обеспечивает получение высокока­ чественного цветного изображения.

Плоские панели имеют преимущества перед вакуумны­ ми кинескопами по техническим параметрам, экологической безопасности и сроку службы.

Основными характеристиками телевизионных средств наблюдения являются чувствительность передающих трубок и разрешающая способность. Чувствительность определяется чувствительностью материала фотокатода (мишени), а раз­ решение - количеством строк разложения изображения.

Современные передающие телевизионные трубки име­ ют чувствительность, обеспечивающую телевизионное на­ блюдение объектов при их освещенности от сотых долей до десятков тысяч люкс.

Разрешающая способность современных телевизион­ ных средств наблюдения составляет 350-650 линий. Чем вы­ ше разрешение, тем меньше длительность сигнала элемента изображения и тем шире спектр телевизионного сигнала. Ширина спектра телевизионного видеосигнала, передаваемо­ го с частотой кадра 25 Гц и разрешением 625 строк, составля­ ет 6,5 МГц, телевизионного радиосигнала - 8 МГц.

При ведении космической телевизионной разведки ши­ роко используются оптические системы зеркального типа (рис. 5.4).

Рис. 5.4. Оптическая система зеркального типа

К основным характеристикам оптических систем зер­ кального типа относятся фокусное расстояние / , относи­

тельное отверстие djf и коэффициент пропускания т0.

От фокусного расстояния зависит масштаб снимка, ко­ торый для космической оптико-электронной системы (ОЭС) рассчитывается так же, как и для фотографических систем, по формуле

_L= 4>. «о / ’

Коэффициент пропускания т0 для оптической системы (ОС) зеркального типа в основном определяется коэффици­ ентом отражения поверхности зеркала. Максимальная отра­ жательная способность зеркал, используемых в системах воз­ душной и космической разведки, достигает 70...85%. В це­ лом с учетом поглощения энергии в корректирующих линзах коэффициент пропускания ОС зеркального типа может дос­ тигать значения т0 и 0,6...0,7

Изображение снимаемой земной поверхности с помо­ щью оптической системы проецируется на светочувствитель­ ный датчик, расположенный в фокальной плоскости оптиче­ ской системы.

В телевизионных системах (ТВС) в качестве датчика наиболее часто используется фотомишень видикона или фо­ токатод диссектора (рис. 5.5). При фокусировании изображения на фотомишень видикона на ней накапливаются электриче­ ские заряды, пропорциональные яркости элементов изобра­ жения. В результате создается неравномерное распределение электрического потенциала (так называемый потенциальный рельеф), то есть изображение вычерчивается как рисунок зарядов, считывание которых осуществляется пучком элек­ тронов, генерируемых электронной пушкой и построчно развертываемых по горизонтали и вертикали отклоняющей системой. Поскольку фотомишень содержит положительные заряды, то в результате облучения пучков электронов на электронно-лучевой трубке создается снова равновесное со­

плотность потока которых в каждом элементе изображения пропорциональна освещенности. Создается как бы электрон­ ное изображение, которое в однородном магнитном поле пе­ реносится в электронный умножитель. Фотоэлектроны на апертуре электронного умножителя фокусируются с помо­ щью фокусирующей системы, отклоняющей сигналы от элек­ тронного изображения в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Далее сигнал с электронного умножителя так­ же поступает в систему обработки. Диссекторы обладают по­ ниженной по сравнению с видиконом чувствительностью, но обеспечивают более высокое разрешение.

При существующих стандартах на параметры телевизи­ онных средств наблюдения их разрешение на порядок хуже разрешения фотоснимков. Для повышения четкости изобра­ жения разрабатываются средства с повышенными в два раза разрешением и частотой кадров. Но при этом соответственно увеличивается ширина спектра телевизионного сигнала со всеми вытекающими из этого недостатками. Поэтому для широкого внедрения качественного телевидения необходимо решить проблему сокращения ширины спектра его телевизи­ онного сигнала.

Для телевизионного изображения в ИК-диапазоне приме­ няются телевизионные камеры, чувствительные к ИК-лучам.

Для наблюдения в оптическом диапазоне применяются также лазеры, лучи которых в видимом и инфракрасном диа­ пазонах подсвечивают объект в условиях низкой естествен­ ной освещенности. Для этой цели луч лазера с помощью ка­ чающихся зеркал сканирует пространство с наблюдаемыми объектами, а отраженные от них сигналы принимаются фото­ приемником так же, как при естественном освещении.

Приборы ночного видения. Для визуально-оптического наблюдения за объектом в ночное время необходимо пере­ местить невидимое для глаз изображение в инфракрасном

которых пропорционально яркости соответствующей точки изображения. Электрическое поле между пластинами вырыва­ ет свободные электроны из фотокатода и, разгоняя, устремляет их к экрану с люминофором. В моменты столкновения элек­ тронов с люминофором возникает вспышка видимого света, яркость которого пропорциональна количеству электронов. Таким образом, на экране с люминофором формируется види­ мое изображение, близкое исходному в ИК-диапазоне.

Приборы ночного видения эффективно работают в ус­ ловиях естественного ночного освещения, но не позволяют проводить наблюдения в полной темноте (при отсутствии внешнего источника света). Их чувствительность недоста­ точна для приема световых лучей в ИК-диапазоне, излучае­ мых телами.

Приборы ночного видения делятся на три группы:

-приборы малой дальности действия (ночные очки), позволяющие видеть фигуру человека на расстоянии 100-200 м. Вес и габариты этих приборов позволяют носить их в карма­ нах, сумках, портфелях;

-приборы (ночные бинокли, трубы) средней дальности (человек виден до 300-400 м);

-приборы большой дальности действия (до 1000 м), устанавливаемые для наблюдения на штативе или подвижном носителе.

По способу подсветки приборы ночного видения ус­

ловно разделяют на три типа:

-объект наблюдения подсвечивается с помощью ис­ кусственного источника ИК-излучения, размещенного в при­ боре ночного видения;

-подсвечивается от естественного излучения;

-принимает собственное тепловое излучение объекта наблюдения.

Приборы ночного видения первого типа содержат ИКфару в виде обычного источника света мощностью 25-100 Вт, закрытого спереди специальным фильтром. Например, при­ бор ночного видения с подсветкой «Аргус» позволяет вести наблюдение объектов в полной темноте на удалении до 120 м. На этом удалении можно различить силуэт человека и определить тип транспортного средства. Опознать человека по признакам внешности и лица можно на значительно меньшем расстоянии - 35-50 м. Приборы ночного видения при освещенности ночью в летнее время (0,005 лк) позволяют видеть фигуру человека на расстоянии до 300-400 м. Например, ПНВ отечественного производства «Ворон-3» имеет порого­ вый уровень освещенности для визуального обнаружения объектов 0,001 лк, для регистрации - 0,01 лк. Его разрешаю­ щая способность не менее 28 лин/мм, диапазон автоматиче­ ской регулировки 105 чувствительности, напряжение питания 5-9 В, масса не более 1,2 кг. Приборы третьего типа, прини­ мающие собственное тепловое излучение объекта наблюде­ ния, относят к тепловизорам.

Тепловизоры. Наблюдению объектов в полной темноте (при отсутствии внешних источников ИК-света) на рассмот­ ренных принципах мешают тепловые шумы светоэлектриче­ ских преобразователей. Снижение уровня шумов достигается применением малошумящих светочувствительных материа­ лов и охлаждением преобразователей. Для надежного обна­ ружения теплового излучения объекта наблюдения на фоне шумов светоэлектрического преобразователя (обеспечение отношения сигнал/шум более 1) последний нуждается в ох­ лаждении до весьма низких температур (-70. ..-200 °С).

Способы охлаждения светоэлектрического преобразо­ вателя реализуются в тепловизорах, типовая схема представ­ лена на рис. 5.7.

Рис. 5.7. Схема тепловизора

В качестве светоэлектрических преобразователей со­ временных тепловизоров используются линейки с фотодио­ дами (60-200 штук), образующими строку кадра. Развертка по вертикали (сканирование) производится путем механиче­ ского качания зеркала, направляющего световые лучи от объектива к фотоприемнику. Охлаждение фотоприемников

ройствами, в которых реализуются принципы термоэлек­ трического охлаждения: расширение газа в вакууме, термо­ динамические циклы Стирлинга и др.

Тепловизоры в настоящее время находят применение в качестве средств досмотровой техники. Например, теплоте­ левизионная система IRTIS-200 предназначена для исследова­ ния неоднородностей, возникающих при установке закладных устройств в стенах, измерения параметров тепловых следов и определения времени их проявления, для исследования тепло­ вых потерь в строительстве и энергетике. Чувствительность ИК-камеры 1RTIS-200 при охлаждении жидким азотом состав­ ляет 0,005 °С, с термоэлектрическим охлаждением - 0,35 °С. Время сканирования кадра с разрешением 256 х 256 - не более 1,5 с. В состав системы входит ПЭВМ типа Notebook, вес не более 2 кг, энергопотребление не более 1,5 Вт.

5.3. Назначение и сущность

радиолокационной разведки

Радиолокацией называют определение местоположения

ипараметров движения объектов (координат и их производ­ ных) путем облучения электромагнитными волнами, приема

ианализа отраженных или переизлученных сигналов.

Среди современных средств разведки радиолокацион­ ные средства занимают одно из ведущих мест. По виду ис­ пользуемых в радиолокации носителей различают:

-средства воздушной разведки, размещаемые на са­ молетах;

-средства космической разведки, размещаемые на космических аппаратах;

-средства наземной разведки, размещаемые на по­ верхности Земли.

Термин «радиолокация» отражает историю возникно­ вения этой отрасли радиотехники. Впервые радиолокаторы были созданы и нашли применение именно в радиодиапазоне спектра электромагнитных колебаний. Однако позже прин­ цип и методы радиолокации были распространены на весь спектр электромагнитных волн. В настоящее время исполь­ зуются локаторы, работающие в видимом, инфракрасном

илазерном диапазоне длин волн.

Взависимости от способов получения ответного сигна­ ла средства радиолокации могут быть пассивными и актив­ ными. В пассивных средствах единственным источником

сигнала является передающее устройства радиолокатора. В пассивных средствах таким источником могут быть также активный ответчик или любое другое устройство, способное генерировать сигналы в требуемом диапазоне волн.

сколько километров, большие - десятки километров. Точ­ ность определения координат наземных РЛС составляет по дальности 10-20 % и около одного градуса по азимуту.

Сверхдальние (загоризонтные) РЛС используют эф­ фект, открытый в 60-е годы Н.И. Кабановым. Этот эффект состоит в распространении радиоволн в декаметровом диапа­ зоне на большие расстояния не только в прямом, но и в об­ ратном направлении. Отражаясь от объектов на земной по­ верхности на удалении 800-4000 и более километров от РЛС, электромагнитные волны, несущие информацию о демаски­ рующих признаках объектов, принимаются и регистрируются приемником радиолокатора. Но из-за нестабильности ионо­ сферы разрешение таких РЛС значительно хуже, чем у надгоризонтных радиолокаторов.

Повышение разрешающей способности радиолокаторов без значительного увеличения размеров антенны, что особен­ но важно для воздушного и космического радиолокационного наблюдения, обеспечивается в радиолокационных станциях бокового обзора (РЛС БО). Они размещаются на самолетах и разведывательных КА.

Антенна (РЛС) облучает электромагнитными волнами поверхность Земли и принимает отраженные элементами этой поверхности сигналы. Форма диаграммы направленно­ сти антенны обеспечивает равномерность облучения всех элементов в пределах заданной площадки на поверхности Земли. Очевидно, что с каждым из этих элементов можно со­ поставить определенный элемент апертуры антенны. Аперту­ рой называют поверхность раскрыва зеркальной антенны в плоскости раскрыва. Если бы все элементы площадки переизлучали энергию зондирующих сигналов в фазе, то в фокусе зеркальной параболической антенны они сложились бы в фа­ зе, а энергия суммарного сигнала возросла во столько раз, сколько элементов содержится на площадке. Эту площадку

методам. В основе их лежит голография - запись и воспроиз­ ведение фазово-частотных портретов принимаемых отражен­ ных сигналов. Регистрация таких-портретов производится на борту летательных аппаратов. По прибытии самолета на базу голограммы доставляются на пункты сбора информации. С космических аппаратов информация «сбрасывается» по ра­ диоканалу.

Основными характеристиками РЛС БО, определяющи­ ми их способность детального наблюдения за объектами, яв­ ляются их чувствительность (способность РЛС наблюдать объекты с малыми эффективными поверхностями рассеяния) и разрешающая способность (способность РЛС к детальному наблюдению малоразмерных объектов). Если первая из этих характеристик (эффективная поверхность) определяет глав­

деталям конструкции и т.д. Чувствительность современных РЛС БО в зависимости от фоновых образований составляет 0,4...0,6 м2. Разрешающая способность характеризуется ли­ нейными величинами (стороной разрешаемой площадки Д5 (см. рис. 5.10), при разведке с самолета /р- 1...2 м. При раз­ ведке с И С З - 1,5...3 м.

Разрешающая способность в направлении трассы поле­ та. Как уже отмечалось ранее, РЛС БО - когерентная им­ пульсная РЛС. В приемном устройстве РЛС выделяется сиг­ нал доплеровской частоты.

где Vn - путевая скорость объекта;

X- длина волны зондирующего сигнала;

Q - угол между направлением оси Z и вектором скорости V„.

При свертке сиг­ налов доплеровской частоты в центре каж­ дого элемента они скла­ дываются в фазе, как показано на рис. 5.11. За пределами элемента фа­ за сигнала может рас­ сматриваться как слу­ чайная. Происходит частичная компенсация.

В результате в центре каждого элемента формируется пик, существенно превышающий уровень фона. При оценке раз­ решающей способности будем полагать, что ширина диа­ граммы направленности вдоль трассы полета определяется половиной длины волны сигнала на доплеровской частоте.

Период сигнала доплеровской частоты на г-м элементе

Т . = — - — .

д' r„sinQ

Расстояние на поверхности Земли, которое аппарат со скоростью Vtt проходит в течение полупериода, и есть разре­ шающая способность

<511>

С другой стороны, известно, что ширина диаграммы направленности антенны приблизительно оценивается фор­ мулой

где da - апертура антенны.

Это запаздывание, как известно, t,= — (с - скорость

с

света).

Фронт сигнала 1...3 достигает поверхности площадки в точках 7 и 2 неодновременно. Процесс отражения занимает интервал времени At, пропорциональный длительности им­ пульса t„. С учетом же всего интервала разрешающая способ­ ность в направлении оси Y определяется по формуле

Таким образом, в РЛС БО разрешающая способность в направлении оси Y зависит от длительности импульсов. Чем короче импульс, тем выше разрешающая способность.

Дальность действия РЛС ВО, как и всякой РЛС, опре­ деляется энергией излучаемых импульсов. Эта энергия

е = U2tH. Требования к разрешающей способности и к дально­ сти, таким образом, оказываются противоречивыми. Для того чтобы преодолеть противоречие, в РЛС БО используют раз­ личные виды внутриимпульсной модуляции. Наибольшее распространение получила так называемая внутриимпульсная линейная частотная модуляция (ЛНМ). Это объясняется, повидимому, относительной простотой конструирования моду­ лирующих и демодулируйщих устройств подобного типа. В передающем устройстве импульс перед излучением моду­ лируется ЛЧМ. В приемном устройстве принятые сигналы демодулируются. Это и позволяет в РЛС БО выполнить как требование по дальности, так и требование по разрешающей способности одновременно. Она зависит также от угла выно­

са антенны. При а , = 90° /ру = оо, т.е. разрешающая способ­

ность отсутствует. Именно поэтому РЛС с синтезированной антенной получили наименование радиолокационных стан­ ций бокового обзора. Разрешающая способность появляется лишь по мере разрастания угла выноса.

Из принимаемых импульсных сигналов выделяется сигнал доплеровской частоты (например, с помощью узко­ полосного фильтра). Они используются при обеспечении разрешающей способности в направлении трассы полета, импульсы подвергаются задержке (например, с помощью дисперсионной линии задержки). Цель задержки - осущест­ вить свертку всех принятых сигналов на соответствующей позиции Д5,у(см. рис. 5.10), точно так же, как в рассмотрен­ ном ранее случае свертки доплеровских сигналов.

Общие принципы обнаружения объектов в радиолока­ ционном поле. Возможность или невозможность обнаружения объектов оценивается в зависимости от естественного в по­

где а ц - эффективная отражающая поверхность цели (объек­ та) разведки, м2;

a j - эффективная удельная отражающая поверхность эле­

ментов фона (травы, кустарника, деревьев и т.д.), на котором наблюдается объект;

AS - площадь разрешаемого РЛС БО элемента. Эффективной поверхностью отражения называют по­

верхность шара, отражающего электромагнитную энергию с такой же интенсивностью, как и исследуемый объект. Та­

ким образом, значения стц, а°ф пропорциональны энергии от­

раженных сигналов; ст^ - пороговая чувствительность при­

емного устройства РЛС БО, ее величина пропорциональна спектральной плотности энергии собственных шумов РЛС.

В случае, когда выполняется условие стц = ОфД5, кон­

трастность К = 0 и обнаружение объекта становится невоз­ можным. Объект обнаруживается в случаях, когда К Ф0 при положительной (CT^ CTJAS) или отрицательной (стц<СТфД£) контрастности. Обычно выполняется условие когда стц>ОфА5. Объекты наблюдаются на радиолокационных

снимках как световые образования на более темном фоне. Дороги, особенно расположенные в направлении, перпенди­ кулярном трассе полета РЛС БО, отражающие радиоволны преимущественно зеркальным способом, наблюдаются на снимке в виде темных полос. Линии электропередач, мосты, конструкции которых содержат уголки, детали, с размерами,

частотных диапазонов). Такие затемненные области могут существенно деформировать структуру изображения и за­ труднить дешифрирование снимков.

Принцип действия радиотеплолокационных средств.

Радиотеплолокационные устройства и системы появились сравнительно недавно, но уже получили практическое приме­ нение как средства предварительной и исполнительной раз­ ведки, навигационные устройства. Их принцип действия за-

ключается в приеме собственного излучения объектов в ра­ диодиапазоне спектра электромагнитных волн. Спектр частот сигналов, излучаемых нагретыми телами, чрезвычайно широ­

поэтому теплорадиолокационные приемники, как правило, ис­ пользуются в этих поддиапазонах. Характер принимаемых радиотеплопеленгаторами сигналов флюктуационный. Прием­ ные устройства таких сигналов должны обладать весьма ши­ рокой полосой пропускания - до 1000 МГц и более. В связи с этим в качестве приемных устройств используются различ­ ные усилители высокой частоты, работающие в указанных диапазонах - лампы бегущей волны, туннельные диоды и дру­ гие, собственно же приемники строятся как одноканальные или двухканальные радиометры. Отличительной особенно­ стью радиометров является включение в их схемы узкополос­ ных фильтрующих устройств, благодаря чему и достигается высокое отношение сигнал/шум на выходе приемного устрой­ ства. Схема радиометра приведена на рис. 5.13.

Рис. 5.13. Структурная схема радиометра

Здесь УВЧ - усилитель высокой частоты; Д - детектор; М - модулятор; УНЧ - избирательный усилитель низкой частоты; СД - синхронный детектор; Ф - низкочастотный фильтр; Г - генератор модулирующего гармонического сигнала. Возмож­ ны и другие схемы приемников - двухтактные, корреляцион­ ные и т.д.

230

Прием сигналов осуществляется остронаправленной сканирующей в картинной плоскости антенной. Пеленговое направление определяется по угловому положению антенны в момент приема (рис. 5.14).

Рис. 5.14. Пеленг объекта разведки

Радиотеплолокатор находится в точке 0 (0,0). Объект локации А имеет координаты хА, у А на удалении D от лока­ тора. При указанном выше методе измерения угловых коор­ динат разрешающая способность по угловому положению объекта в сканируемом пространстве определяется шириной диаграммы направленности Qa . Линейная разрешающая спо­ собность Дхр соответственно определяется по формуле

Как видно из формул разрешающая способность теплолокаторов увеличивается с уменьшением дальности объекта. Если при размещении на самолете диаметр антенны принять равным da = 1 м, то при длине волны X =1 см и дальности

D = 1 км линейная разрешающая способность Дхр = Дур = 10 м. При размещении локатора на космическом аппарате и на­

блюдении поверхности Земли размеры антенны могут быть существенно большими, но значительно больше оказывается и расстояние D = 200...300 км. В -результате возможности разрешения ухудшаются. При той же длине волны Х = 1см и дальности 200 км разрешающая способность Дхр = Аур рав­

на в этом случае 200 м, что значительно больше, чем может быть обеспечено РЛС БО. Из этого следует, что использова­ ние радиотеплопеленгаторов для получения объективной ин­ формации об объекте разведки весьма ограничено.

5.4. Назначение и сущность

радио- и радиотехнической разведки

Радио- и радиотехническая разведка предназначена для добывания разведывательной информации об объекте на ос­ нове обнаружения, регистрации (приема) и перехвата сооб­ щений (информационных потоков) передаваемых по каналам радиосвязи различного типа и назначения (в том числе, по каналам радиотелеметрии), а также перехвата электромаг­ нитных, магнитных и электрических полей излучаемых объ­ ектом разведки. При ведении радио- и радиотехнической раз­ ведки решаются следующие основные задачи:

- поиск по демаскирующим признакам сигналов с ин­ формацией в диапазоне частот, в которых они могут нахо­ диться;

-обнаружение и выделение сигналов, интересующих органы добывания;

-усиление сигналов и съем с них информации;

-анализ технических характеристик принимаемых сигналов;

-определение местонахождения (координат) источни­ ков представляющих интерес сигналов;

- обработка полученных данных с целью формирова­ ния первичных признаков источников излучения или текста перехваченного сообщения.

Упрощенная структура типового комплекса средств пе­ рехвата приведена на рис. 5.15.

Рис. 5.15. Структура комплекса средств перехвата

Типовой комплект включает:

-приемные антенны;

-радиоприемник;

-анализатор технических характеристик сигналов;

-радиопеленгатор;

-регистрирующее устройство.

Антенна предназначена для преобразования электро­ магнитной волны в электрические сигналы, амплитуда, час­ тота и фаза которых соответствует аналогичным характери­ стикам электромагнитной волны.

В радиоприемнике производится поиск и селекция ра­ диосигналов по частоте, усиление и детектирование выде­ ленных сигналов, усиление и обработка демодулированных (первичных) сигналов: речевых, цифровых данных, видео­ сигналов и т.д.

Для анализа радиосигналов после селекции и усиления происходит их подача на входы измерительной аппаратуры ана-

в ней применяются специальные меры по предотвращению пробоя между элементами антенны, находящимися под более высоким напряжением.

Размеры и конструкция антенн для различных диапазонов частот и внутри диапазонов разные. Эффективность антенны зависит от согласования размеров элементов антенны с длинной излучаемых или принимаемых волн. Минимальная длина со­ гласованной с длиной волны электромагнитного колебания штыревой антенны равняется X/ 4 длины рабочей волны.

Если для стационарных антенн требования к геометри­ ческим размерам антенны могут быть достаточно просто вы­ полнены (для коротких и ультракоротких волн), то для ан­ тенн, устанавливаемых на мобильных средствах, они непри­ емлемы. Например, рациональная длина антенны для обеспе­ чения связи на частоте 30 МГц составляет 2,5 м, что неудоб­ но для пользователя, поэтому применяют укороченные ан­ тенны, но при этом уменьшается их эффективность.

По конструкции антенны разделяются на проволочные (вибраторные), рупорные, параболические, рамочные, спи­ ральные, антенные решетки и различные их комбинации.

Возможности антенн как приемных, так и передающих определяются следующими характеристиками:

-диаграмма направленности;

-коэффициент полезного действия;

-коэффициент направленного действия;

-коэффициент усиления;

-полоса частот.

Диаграмма направленности представляет собой графи­ ческое изображение уровня излучаемого или принимаемого сигнала от угла поворота антенны в горизонтальной и верти­ кальной плоскостях. Диаграммы направленности могут иметь разнообразный и изрезанный характер, определяемый меха­

нической конструкцией и электрическими параметрами (рис. 5.17; 5.18). Чем уже ширина диаграммы направленности ан­ тенны, тем выше ее коэффициент направленного действия.

Рис. 5.17. Диаграммы направленности штыревой антенны (вертикального вибратора): а - в горизонтальной плоскости;

б- в вертикальной плоскости симметричного вибратора;

в- в вертикальной плоскости несимметричного вибратора

Рис. 5.18. Диаграммы направленности направленной антенны

Коэффициент направленного действия (КНД) определя­ ет величину энергетического выигрыша, который обеспечива­ ет направленная антенна по сравнению с ненаправленной.

Потери электрической энергии в антенне оцениваются

коэффициентом полезного действия (КПД), равного отноше­ нию мощности сигнала на выходе реальной антенны к мощ­ ности сигнала идеальной антенны без потерь.

1,5—4, а у широкополосных антенн это отношение достигает значений в интервале 4—20 и более.

Совокупность однотипных антенн, расположенных оп­ ределенным образом в пространстве, образуют антенную ре­ шетку. Сигнал антенной решетки соответствует сумме сигна­ лов от отдельных антенн. Различают линейные (одномерные) и плоские (двухмерные) антенные решетки. Антенные решет­ ки, у которых можно регулировать фазы сигналов отдельных антенн, называют фазированными антенными решетками. Пу­ тем изменения фаз суммируемых сигналов можно менять диа­ грамму направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях и производить быстрый поиск сигнала по про­ странству и ориентацию антенны на источник излучения.

Радиоприемники. Радиоприемные устройства предназначе­ ны для приема и обработки электромагнитных колебаний опреде­ ленной частоты и выделения из них информационных сигналов.

В своем составе радиоприемник содержит цепи и узлы, выполняющие следующие функции: выделение из колебаний, действующих в антенне, нужного радиосигнала; усиление радиосигнала; детектирование; усиление продетектированного сигнала. Далее усиленный сигнал преобразуется в звук с помощью телефона или громкоговорителя либо - в изобра­ жение с помощью приемной телевизионной трубки и т.п.

Радиоприемные устройства используются не только для принятия и обработки информации, предназначенной для оп­ ределенного потребителя, но и также для ведения радио- и радиотехнической разведки.

Различают два вида приемников: прямого усиления и супергетеродинные (рис. 5.19 а, б). Появившиеся первыми приемники прямого усиления уступили супергетеродинньщ почти во всех радиодиапазонах, за исключением сверхвысоких

частот. Такая тенденция объясняется более высокой селектив­

ностью и чувствительностью супергетеродинного радиопри­ емника по сравнению с приемником прямого усиления.

б

Рис. 5.19. Структурные схемы: приемника прямого усиления (а); приемника супергетеродинного усиления (б)

Здесь УВЧ - усилитель высокой частоты, УПЧ - усилитель промежуточной частоты, УНЧ - усилитель низкой частоты.

В приемниках прямого усиления сигнал на входе прием­ ника (выходе антенны) селектируется и усиливается без из­ менения его частоты. Качество информации, снимаемой с этого сигнала, тем выше, чем меньше уровень помех (сиг­ налов различной природы с частотами, близкими частоте на­ стройки приемника). В идеале цепи селекции (фильтры) должны обеспечивать П-образную форму с полосой пропус­ кания, равной ширине спектра селектируемого сигнала. Та­ кие фильтры имеют многозвенную, достаточно сложную конструкцию из тщательно настраиваемых многозвенных LC-элементов или реализуются с использованием пьезоэлек­ трических и магнитострикционных эффектов (в пьезоэлек­ трических и электромеханических фильтрах).

ной частоте / п= / с- / г. Селективные фильтры усилителя

промежуточной частоты пропускают только сигналы проме­ жуточной частоты, которые усиливаются до величины, необ­ ходимой для нормальной работы детектора.

Однако супергетеродинному приемнику присущ ряд недостатков, вызванных процессом преобразования частоты. Основной из них состоит в том, что фильтры усилителя про­ межуточной частоты пропускают не только полезные сигна­ лы, частота которых / с = / г + / п, но и ложные с частотой / л = / г - / п, симметричной (зеркальной) по отношению к час­ тоте гетеродина. Помехи на «зеркальной» частоте ослабляют­ ся путем двойного или даже тройного преобразования частот в супергетеродинном приемнике. Промежуточная частота каждого последующего преобразования понижается. В ре­ зультате этого первую промежуточную частоту можно без ущерба для избирательности приемника выбрать достаточно высокой. При больших значениях промежуточной частоты

Диапазон принимаемых частот обеспечивается шири­ ной полосы пропускания селективных элементов входных фильтров и интервалом частот гетеродина. Настройка прием­ ника на нужный диапазон или поддиапазон частот произво­

дится путем переключения элементов входных контуров и контура гетеродина, а настройка на частоту внутри диапа­ зона (поддиапазона) - путем изменения частоты гетеродина. В радиоприемниках все шире в качестве гетеродина исполь­ зуется устройство - синтезатор частот, создающий множест­ во (сетку) гармонических колебаний на стабилизированных фиксированных частотах с интервалом, соответствующим шагу настройки частоты приемника.

Чувствительность характеризует способность прини­ мать слабые радиосигналы. Она определяется минимальной электродвижущей силой (ЭДС) или мощностью радиосигнала в антенне, при которой при правильной настройке приемника возможен устойчивый прием с нормальным воспроизведением сигналов без недопустимого искажения их помехами. Чувст­ вительность обеспечивают усилители радиочастоты, промежу­ точной частоты и частот модуляции. Чувствительность зави­ сит также от свойств колебательных контуров и других уст­ ройств, ослабляющих действие помех на приемник.

При малом усилении возможен прием только сильных сигналов, чувствительность таких приемников достаточно низкая, но ее можно повысить, если увеличить усиление. Од­ нако при этом растет вероятность заглушения сигнала поме­ хами, которые могут действовать на той же частоте и не по­ давляются фильтрами. Поэтому уровень слабого сигнала, ко­ торый может быть принят в данных условиях, зависит уже не от усиления, а от уровня помех.

Чувствительность, ограниченная помехами, в зависи­ мости от условий может быть двух видов: ограниченная внешними помехами и ограниченная внутренними шумами.

Поскольку внешние помехи различны на разных частотах, в разных местностях и в разное время, чувствительность, огра­ ниченная внешними помехами, не может служить характери­ стикой приемника. Качество приемника характеризуют чувсг-