Известно, что при широкомасштабных боевых действиях противотанковые мины устанавливаются на поверхности земли. Это связано с более высокой производительность данного способа установки. Кроме того, дистанционные средства установки мин (авиационные, артиллерийские, РСЗО и т.д.), обладая наибольшей производительность, устанавливают мины только на поверхности земли.

Одним из возможных средств обнаружения мин, установленных внаброс, является использование радиометрических датчиков, регистрирующих собственное излучение тел в радиодиапазоне. Рассмотрим основные принципы радиотеплолокации.

Радиотеплолокация во многом схожа с радиолокацией, также как и классическая радиолокация, радиотеплолокация предназначена для определения координат удаленных объектов. Основным отличием обоих методов является то обстоятельство, что в радиолокации в качестве источника излучения, подсвечивающего цель, используется излучение, генерируемое самой радиолокационной станцией, а при обнаружении объектов радиотеплолокатором в качестве источника подсветки используется естественное излучение самих объектов и фона. В этом отношении радиотеплолокация близка к пассивным инфракрасным датчикам обнаружения, однако, в качестве рабочего диапазона длин волн используется радиодиапазон.

Схема приёма радиометрических сигналов различной природы, излучаемых и отражаемых объектом, представлена на рисунке. Приведена и схема размещения радиометрических датчиков на наземном носителе, включающая шумовой генератор подсвета, диаграмма направленности основного лепестка антенны которого шире, чем у антенны радиометра. Генератор шума и радиометр соосно закреплены на сканирующем устройстве, обеспечивающего просмотр полосы местности впереди движения наземного носителя по азимуту. Построчная развёртка обеспечивается за счёт движения носителя. Такой выбор параметров и способ размещения устройств обеспечивает условие равномерной подсветки генератором шума участка поверхности земли, наблюдаемого антенной радиометра.

носитель аппаратуры; антенна радиометра; антенна генератора "шумового" подсвета; сканирующее устройство; объект наблюдения (мина) на поверхности земли; область наблюдения основного лепестка антенны радиометра на поверхности земли; область облучения поверхности земли антенной генератора шума; излучение неба. Схема приёма с наземного носителя радиометрических сигналов при различных источниках облучения

Для проверки возможности обнаружения мин в металлических корпусах совместно с НПО "Взлет" был разработан экспериментальный радиометрический комплекс мм диапазона. Выбор диапазона был связан с тем, что в этом диапазоне при приемлемой апертуре антенны радиометра можно обеспечить достаточно высокий контраст противотанковых мин, установленных на поверхности земли.

Изображение экспериментального радиометрического комплекса

Комплекс включал в себя: радиометр 8-мм диапазона длин волн, генератор шумовых сигналов того же диапазона и телевизионную камеру. Все эти устройства соосно были закреплены на механическом сканирующем устройстве, обеспечивающем сканирование в двух плоскостях - по углу места и азимуту. Тем самым обеспечивалась возможность просмотра участка местности с неподвижного носителя аппаратуры. Диаграмма направленности основного лепестка антенны радиометра составляла 1°, а для антенны генератора шумовых сигналов - 10°. Относительное расположение антенн генератора и радиометра выбиралось таким образом, чтобы добиться минимального уровня прямого сигнала от генератора к радиометру. Телевизионная камера обеспечивала возможность оператору сравнения получаемых изображений в радиодиапазоне и в видимом спектре. Радиометрическая аппаратура была смонтирована на шасси грузового автомобиля ЗИЛ-131 КУНГ.

Отметим, что использование в качестве подсвета местности шумового генератора со спектром, заполняющим всю полосу приёма радиометра, является необходимым условием. В противном случае при использовании монохроматического генератора из-за когерентного сложения отражённых от объекта наблюдения сигналов и прямого прохождения сигнала из антенны генератора подсвета в приёмную антенну радиометра, получаемое в результате сканирования изображение носит случайный характер и не может быть отождествлено с наблюдаемыми объектами.

Режим работы аппаратуры обеспечивал одновременное получение двух радиометрических изображений: в пассивном режиме (с выключенным подсветом) и в активном режиме, когда генератор шума был включён.

Фотоизображение снимаемой радиометром местности приведено на рисунке. На переднем плане на поверхности грунта в шахматном порядке в три ряда были выложены 9 противотанковых мин типа ТМ-62М с металлическими корпусами. Ближайшая к радиометрическому комплексу мина находилась на расстоянии 10 м, а дальняя - 22 м. Мины в правом ряду для увеличения контраста были установлены на подставках и наклонены в сторону радиометра. Параллельно минному полю, слева от него, в качестве репера была выложена металлическая полоса. На заднем плане располагались в центре снимка ажурная металлическая вышка, а в левом верхнем углу строение с плоской металлической крышей.

Фотоизображение сканируемой местности и объектов на ней

Результат съёмки местности в пассивном режиме и в режиме с подсветом приведён на рисунках ниже. Градации яркости на этих рисунках выбраны так, что объектам с более низкой радиометрической температурой соответствуют более тёмные участки изображения. Так как металлические объекты в радиодиапазоне имеют коэффициент отражения равный 1, то, отражая излучение неба, радиояркостная температура которого ниже температуры земных покровов, они на радиометрическом квазиизображении выглядят более тёмными.

Радиометрическое изображение местности в пассивном режиме

На радиоизображении в пассивном режиме отчётливо виды ближайшая к радиометру мина, а также мины правого ряда, контраст которых выше. Виден также репер справа от минного поля, а на заднем плане отчётливо наблюдается металлическая крыша строения и виден силуэт вышки. Приведённое изображение показывает, что при заданных параметрах радиометрического датчика в пассивном режиме контраст мин, установленных параллельно поверхности земли, достаточен для их обнаружения только на расстоянии до 10 м. На больших расстояниях их контраст находится на уровне естественных колебаний радиояркостной температуры подстилающей поверхности.

При включённом генераторе шумовых колебаний изображение качественно изменяется. Контраст металлических объектов по отношению к фону зависит не только от типа поверхности, но и определяется формой наблюдаемых объектов. Так объекты плоской формы, зеркально отражающие излучение подсвета с высокой радиояркостной температурой, по-прежнему видны на изображении, как объекты с низкой радиояркостной температурой. Это объясняется тем, что в направлении антенны радиометра отражается только излучение неба. Такими объектами на изображении являются крыша строения и металлический репер.

Радиометрическое изображение местности в режиме подсвета генератором шума (активный режим)

Объекты же сложной формы, представляя собой набор «блестящих точек», отражают в направлении антенны радиометра излучение подсвета. Такие объекты на изображении поменяли контраст по отношению к фону. К ним относятся мины и ажурная вышка на заднем плане. Вместе с тем при использовании подсвета степень неоднородности фона возросла, что также затрудняет обнаружение мин.

Для селекции объектов сложной формы, какими и являются мины, был предложен алгоритм, работающий по схеме совпадений и выделяющий на изображениях только те объекты, которые меняют свой контраст по отношению к фону при включении подсвета.

Результат совместной обработки пассивного и активного изображений по описанному алгоритму приведён ниже. Анализ данного изображения показывает, что из выложенных 9 мин обнаружены 7, а также видна вышка, как объект сложной формы. Все остальные объекта исчезли с изображения.

Результат совместной обработки пассивного и активного изображений

В заключение отметим, что предлагаемый метод обнаружения металлических объектов на фоне подстилающей поверхности применим и для других видов военной техники: танков, артиллерийских орудий и т.д. Для этого в режиме непрерывного просмотра поверхности подсвет должен работать в режиме стробоскопа. Таким образом, при выключенном генераторе шума и при заданном положении антенн радиометрического комплекса будет происходить регистрация элемента пассивного радиометрического изображения, при включённом генераторе - активного. При соответствующем выборе частоты переключения режимов работы генератора шума можно добиться полного совмещения обоих изображений в процессе их последующей обработки.