Desarrollo de nuevos dispositivos de visión nocturna.
Desarrollo de nuevos dispositivos de visión nocturna dispositivos de visión
La abrumadora superioridad de cualquier ejército que tenga los medios para llevar a cabo operaciones nocturnas se hizo evidente durante la Guerra del Golfo en 1990-1991, cuando Estados Unidos y otros países de la coalición hicieron un uso extensivo de tal técnica. Las tropas iraquíes estaban indefensas ante un enemigo atacante que no podían ver.
Aunque las distintas herramientas en esta área son algo competitivas, cada una tiene sus propias ventajas. Los intensificadores de imágenes continúan encontrando aplicaciones en gafas de visión nocturna NVG y miras para rifles (pueden tener la mitad de tamaño y peso que otros dispositivos de vigilancia), aunque las cámaras termográficas están comenzando lentamente a reemplazarlos en el extremo superior del mercado. Esto se aplica especialmente a las miras de los vehículos blindados de combate y de los sistemas portátiles antiaéreos y antitanques.
Durante las últimas tres décadas, los amplificadores de brillo han mejorado radicalmente, en gran medida bajo presión militar para lograr la máxima calidad al mínimo costo. Los dispositivos de segunda generación (Gen II), que aparecieron a principios de los años 70 y todavía se producen en la industria en todo el mundo, contienen una placa de microcanales de vidrio de 2 MCP, que actúa como un multiplicador de electrones tóricos. Proporciona una fotoseñal de 240 µA/lm y permite ajustar la ganancia. Los convertidores electrón-ópticos (IEC) Gen III de tercera generación, que utilizan un fotocátodo cultivado sobre un sustrato y que consta de un cristal de arseniuro de galio separado unido a una placa de vidrio, proporcionan señales fotográficas que superan los 1000 μA/lm. Una película de barrera en la superficie de entrada de la placa de microcanales evita el reflujo de iones (un subproducto del tubo intensificador de imagen) y daños a la estructura sensible del fotocátodo. Esta característica prolonga significativamente la vida útil del intensificador de imágenes.
La producción en serie de dispositivos Gen III de tercera generación comenzó a principios de los años 80. Desde entonces, el número de proveedores se ha reducido a dos (1TT y Litton) debido a la compleja y costosa tecnología de producción necesaria para garantizar una alta calidad, combinada con la competencia en un mercado cada vez más reducido y la racionalización dentro de la industria.
El ejército de los EE. UU., que sigue siendo el mayor comprador de intensificadores de imágenes y dispositivos relacionados, los ha estado comprando al por mayor desde 1985. Los tres primeros programas Omnibus se dividieron entre los proveedores, pero en febrero de 1996, Litton fue seleccionado para satisfacer todas las solicitudes del Omnibus. IV programa Night Vision, que recibió un contrato por valor de 239 millones de dólares de la Dirección de Comunicaciones y Electrónica del SESOM. Los suministros en virtud de este contrato incluyen gafas de visión nocturna AN/PVS-7D para infantería, el sistema de visión nocturna ANVIS para aviadores y gafas para helicópteros y aviones. tripulaciones, un nuevo dispositivo monocular de visión nocturna AN/PVS-14 y 95.000 convertidores electrón-ópticos para mejorar el brillo de la imagen.
Tanto 1TT como Litton Electro-Optical Systems (que también compitieron por el contrato Omnibus IV) tienen avances en el desarrollo de tubos intensificadores de imagen, como nuevos diseños de fotocátodos y técnicas avanzadas de activación de superficie que mejoran significativamente el diseño en comparación con los dispositivos anteriores de tercera generación. El tubo intensificador de imagen de la empresa 1TT para el sistema «Omnibus IV» Tiene una fotoseñal mínima de 1800 µA/lm, con valores típicos superiores a 2000 µA/lm. A modo de comparación, la magnitud de la fotoseñal del dispositivo PVS-7 según el estudio «Omnibus III» es igual a 1200 µA/lm, y según el programa «Omnibus II» — 800 µA/lm.
Aumentar la fotoseñal es la clave para mejorar la relación señal-ruido, que es el parámetro más importante que afecta los límites de detección en niveles bajos de luz. La versión de tubo intensificador de imagen según el programa «Omnibus IV», utilizada en el dispositivo PVS-7, tiene una relación señal-ruido mínima de 21, que es un 45% superior a la de la versión según el «Omnibus II». » programa. ;. En los niveles de luz más bajos, como bajo la luz de las estrellas en un día nublado o bajo la copa de los árboles en un bosque, esto da como resultado un aumento del 50% en el rango de detección (el rango de detección de un vehículo con un 30% de contraste en la luz de las estrellas en un día nublado con un PVS-7 aumenta de 240 a 360 m). Este aumento en el rango fue acompañado por una disminución constante en el precio de $6.000 en 1985 a $2.000 en 1997.
Otros parámetros clave para los controladores son la resolución, que proporciona el detalle de la imagen necesario para reconocerla en lugar de simplemente detectarla, y la respuesta de contraste de frecuencia (MCR). Intensificador de imagen «Omnibus IV» La empresa 1TT tiene un paso de placa de canal de 6 micrones, lo que proporciona una resolución de 64 pares de líneas (pl)/mm en comparación con 36 lp/mm en el mejor de los casos para los tubos intensificadores de imagen Gen III entregados bajo el programa Omnibus II. Esto, junto con el correspondiente aumento del MTF, aumentará el rango de identificación en la fase de la cuarta parte de la Luna en casi un 50%. Dado que la relación señal-ruido y la fotoseñal determinan la calidad en niveles de luz muy bajos, y el MTF es más importante en niveles más altos, la mejora integral del intensificador de imagen «Omnibus IV» Proporciona un aumento constante del 50% en el rango de detección en todas las condiciones ambientales.
1TT Night Vision también desarrolló el sistema de visión nocturna AN/AVS-8 bajo un contrato con el Centro de Sistemas de Personal de Comando de Material de la Fuerza Aérea. El sistema es el primer dispositivo de visión nocturna con capacidad de eyección, montado en un casco, desarrollado en Estados Unidos. La Fuerza Aérea de EE. UU. planea comprar 580 dispositivos en serie.
Estas compras comenzarán en el año fiscal 1999. 1TT suministraba anteriormente sus dispositivos de visión nocturna basados en el tubo intensificador de imagen F 4949 para pilotos de aviones A-10. Este fue el primer uso práctico de este tipo de equipo en los aviones rápidos de la Fuerza Aérea de EE. UU.
Litton Electro-Optical Systems continúa trabajando en el tubo intensificador de imágenes Gen III para garantizar que el Ejército de EE. UU. siga considerando a la empresa como un posible proveedor alternativo y para solicitar participación en el futuro programa Omnibus V. La compañía también desarrolló un intensificador de imágenes Gen II de alta resolución basado en una placa de microcanal de 6 μm, que se incluyó en la solicitud de participación en el programa Omnibus IV. (donde esta placa se incluyó en el intensificador de imágenes Gen III) para poder ingresar a los mercados internacionales.
Litton Electro-Optical Systems ofrece actualmente productos de Insight Technology B.E., Meyers y Night Vision Equipment Company a clientes extranjeros y está buscando agregar otros proveedores a la mezcla. La compañía también cree que es la única fuente en Occidente de un tubo intensificador de imagen IR extendido de 1,1 μm capaz de recibir radiación láser de granate de neodimio, aluminio e itrio de 1,06 μm.
El ejército estadounidense continúa avanzando en nuevos programas que aprovechan los avances en el brillo de la imagen. SESOM está buscando propuestas para el desarrollo de un dispositivo avanzado de observación y control de incendios INOD las 24 horas, que será utilizado por las fuerzas especiales con rifles de francotirador de mediano y gran calibre, así como para reconocimiento y vigilancia estratégicos. El dispositivo de visión directa INOD, que incluirá un tubo intensificador de imagen Gen III, permitirá al francotirador realizar observaciones a través de los canales diurno y nocturno simultáneamente. Las dos variantes planificadas, INOD mediano e INOD grande, se diferenciarán únicamente en el tamaño de las lentes.
SESOM planea adjudicar un contrato para dos fases de trabajo de desarrollo, que comenzaron en 1997 y finalizarán a principios del año fiscal 1999. d En una primera etapa se fabricarán tres prototipos de dispositivos INOD medianos y grandes, los cuales serán sometidos a pruebas y evaluación durante el proceso de desarrollo. La segunda fase producirá seis prototipos de cada tamaño para pruebas de usuario limitadas. Producción de sistemas por un total de 1908 unidades. programado para comenzar en el año fiscal 1999. y terminar en el año fiscal 2001. d. La producción puede continuar en el año fiscal 2002. g.
La organización rusa NPO «Geofísica» (Unidad de producción científica Jeophyzika-NV) afirma que puede proporcionar tubos intensificadores de imágenes Gen III con una fotoseñal de más de 2000 μA/lm y ha diseñado nuevos fotocátodos que tienen una respuesta espectral extendida a una longitud de onda de 2 μm en la región del infrarrojo cercano. Este último factor permite registrar la radiación reflejada tanto de los láseres de neodimio, aluminio y granate de sodio como de los láseres de erbitol, itrio y aluminio, que son seguros para los ojos.
Hay muchas soluciones técnicas que pueden formar la base de un intensificador de imágenes Gen IV, desde mejoras a diseños existentes hasta conceptos completamente nuevos. Entre los que está considerando SESOM se encuentran tubos intensificadores de imagen con un nuevo fotocátodo (que amplía la respuesta espectral a 1,6 micrones), que utilizan otros mecanismos de mejora del brillo en lugar de una placa de microcanales, y estructuras multicapa ligeras con un espesor total de 3 mm. Otra perspectiva son los sistemas livianos que utilizan intensificadores de imágenes y cámaras termográficas de salida común, y aquellos que combinan conjuntos de dispositivos de carga acoplada en el infrarrojo cercano y medio con pantallas planas en miniatura.
El Mando de Sistemas Aéreos Navales y el Mando de Investigación están llevando a cabo un programa de demostración del sistema de visión nocturna en color CNVS, cuyo objetivo es sustituir las gafas de visión nocturna del piloto por un transductor multiespectral controlado en la cabeza y una pantalla montada en el casco. Los diseños existentes que visualizan directamente la salida de un intensificador de imágenes utilizan una cámara de dispositivo de carga acoplada (CCD) para convertir la salida del intensificador de imágenes en una señal de vídeo. El objetivo del programa CNVS es eliminar el intensificador de imagen mediante el uso de convertidores CCD que funcionan con niveles de iluminancia que son 1/7 y niveles de contraste que son 2/5 de los necesarios para operar dispositivos anteriores. Un generador de imágenes de este tipo tendría una señal fotográfica de aproximadamente 5400 µA/lm y una eficiencia cuántica cercana al 100% en longitudes de onda en el rango de 0,55 a 0,7 µm.
Como parte de un programa de demostración complementario, la Fuerza Aérea busca aumentar el campo de visión de las gafas panorámicas de visión nocturna en un 240% con respecto a los diseños existentes utilizando nuevos avances ópticos combinados con un intensificador de imagen compacto.
La termografía también ha avanzado en varios frentes. Los dispositivos con conjuntos de plano focal con una gran cantidad de elementos detectores (tanto de visualización como de escaneo) proporcionan un aumento significativo en el alcance. Paralelamente, se han desarrollado cámaras con matrices no refrigeradas, que empiezan a arrebatar parte del mercado tradicionalmente ocupado por dispositivos basados en intensificadores de brillo de imagen.
Como parte del programa Synergi, iniciado en 1992 con el objetivo de crear un sistema europeo de imágenes térmicas de segunda generación, tres empresas: Thomson CSF Optronique en Francia, Zeiss-Eltro Optronic (ZEO) en Alemania y Pilkington Optronics en el Reino Unido, desarrollaron un conjunto básico de módulos que ellos y otros fabricantes incluyen cámaras termográficas y sistemas completos de reconocimiento. En el programa «Synergi» Se utiliza un receptor de 288×4 elementos desarrollado por SOFRADIR en Francia. Los módulos están diseñados para combinar bajos costos de ciclo de vida con tamaño pequeño, bajo consumo de energía y alto rendimiento.
La empresa Thomson-CSF Optronique incluyó el proyecto «Synergi» dispositivos en cámaras termográficas «Catherine», «Sylvi» y «Sophie». Cámara «Catherine» Diseñado para detección de largo alcance y control de fuego a bordo de vehículos blindados de combate y para sistemas de lanzamiento de misiles tierra-aire. La empresa polaca PGO incluyó esta cámara en su sistema de control de disparos DRAWAT para el tanque T-72. Cámara «Sylvi» adaptado para su uso en miras panorámicas del comandante, por ejemplo en la instalada en el tanque «Leclerc». por Industrias GIAT. La ligera cámara Sophie, que originalmente estaba destinada a la infantería, también se puede instalar en vehículos blindados ligeros como el AMX 10 RC de GIAT o el Scorpio de Alvis.
Thomson-CSF Optronique y Pilkington Optronics han desarrollado conjuntamente la mira 24/7 Sabre/Sophie. para artilleros y comandantes de vehículos blindados de combate. A su vez, la compañía británica, en el marco del programa «Synergi» desarrolló una cámara para la venta llamada SGTI (Televisión de Segunda Generación). ZEO comercializa su cámara similar, la Synergi 1, que pesa 11,2 kg (incluido un telescopio con un campo de visión de 3×4°), para su uso en Alemania y en el extranjero. La empresa francesa SAT también está desarrollando miras basadas en el sistema «Synergi». para el misil antitanque «Trigat» y utiliza esta tecnología en el sistema de pilotaje de helicópteros de combate y reconocimiento «Tiger» Empresa Eurocopter.
Paralelamente al programa «Synergi» ZEO está trabajando con STN Atlas Elektronik, AEG Infrarot Module (AIM) y Telefunken Mikroelectronik Entwicklungszentrum para desarrollar el sistema «Ophelios». Basado en un receptor con elementos de 96×4. La cámara ZEO basada en estos módulos del mismo nombre pesa 8 kg (incluido un telescopio con un campo de visión de 2,6×3,4° y 8,8×1,8°). La cámara puede encontrar aplicación en vehículos aéreos no tripulados, sistemas de defensa aérea de corto alcance, vehículos ligeros de reconocimiento, mástiles submarinos optoelectrónicos y dispositivos de seguridad fronteriza.
La Autoridad de Investigación de Defensa (DRA) del Reino Unido y la industria británica también han seguido un camino similar. Paralelamente al programa «Synergi» Se está trabajando para crear sistemas de infrarrojos en el marco del programa «Escaleras». Los módulos Stairs-C, demostrados por Pilkington Optronics, se basan en una matriz de 768×10 (cadmio-mercurio-telurio) de GEC-Marconi Infra-Red Ltd (GMIL). Pilkington Optronics está desarrollando actualmente una cámara infrarroja EPIC de alta calidad basada en módulos Stairs-C para su uso en una variedad de aplicaciones, incluido el sistema de seguimiento y detección de infrarrojos para el Eurofighter.
El Ejército de EE. UU. avanzó en el programa HT1 para desarrollar un sistema de infrarrojos de visión frontal (FLIP) de segunda generación para proporcionar un rendimiento superior al de los equipos existentes y al mismo tiempo reducir los costos de adquisición y operación. Los objetivos de este programa, que probablemente costará 3 mil millones de dólares en total, son aumentar el rango de adquisición de objetivos para el seguimiento en un 55% y el número de objetivos alcanzados en un 44% en comparación con los sistemas de primera generación basados en módulos comunes estadounidenses. ;.
El programa NT1 incluye una serie de sistemas de escaneo que operan en el rango de 8 a 12 micrones y utilizan una matriz de detector estándar SADA II con elementos de 480×4. En julio de 1994, un consorcio formado por Texas Instruments y Hughes Aircraft recibió un pedido de CESOM para el desarrollo técnico y la producción de un sistema de infrarrojos de segunda generación en un plazo de 48 meses. En abril de 1997, estas dos empresas recibieron contratos de varios años por valor de 98,3 millones de dólares y 111 millones de dólares, respectivamente, para producir kits NV-80B e integrarlos en varias miras: un dispositivo de visión nocturna independiente para el comandante y un sistema principal de observación de imágenes térmicas para artilleros de los tanques de ataque principales M1A2 «Abrams» y un dispositivo de visión nocturna de comandante independiente de Bradley y un sistema mejorado de adquisición de objetivos para seguimiento de Bradley para tanques M2AZ. Los sistemas IR de segunda generación también se pueden utilizar en helicópteros de combate «AN-64 Apache» y helicópteros de reconocimiento «RAH-66 Comanche» y en el prometedor sistema de reconocimiento de largo alcance LRAS 3.
Los convertidores de radiación térmica no refrigerados tienen una serie de ventajas sobre los refrigerados, pero no tienen las desventajas asociadas con el escaneo mecánico, el enfriamiento criogénico, el alojamiento en Dewars al vacío o los recipientes de alta presión. Los convertidores no refrigerados de matriz plana se utilizan en aplicaciones que requieren poca masa, bajo consumo de energía, mantenimiento mínimo y encendido rápido. Según cálculos de la empresa estadounidense Amber, el cambio de sistemas refrigerados a sistemas no refrigerados reduce el coste de un generador de imágenes de 50.000 a 20.000 dólares. Los receptores incluyen matrices ferroeléctricas (también conocidas como piroeléctricas) hechas de materiales como bario-estroncio-titanio y plomo-. escandio-tantalio y termómetros de resistencia sensibles conocidos como microbolómetros.
La DRA de Malveru (Reino Unido) apoyó el desarrollo de matrices no refrigeradas en formatos de 100×100 elementos. En 1993, firmó un contrato con GEC-Marconi Sensors para preparar modelos de demostración STAIRS A basados en una matriz piroeléctrica desarrollada por GEC-Marconi Materials Technology, adecuados para su uso en miras de armas e instrumentos ligeros de reconocimiento. Las dos empresas también están trabajando con socios europeos, incluidos Signaal USFA y Delft Sensor Systems, que desarrollaron la mira infrarroja ligera LION para satisfacer las solicitudes de 767 unidades del Ejército Real de los Países Bajos. También están promocionando sus dispositivos en los mercados internacionales en colaboración con socios británicos y la empresa francesa Thomson-CSF Optronique. La producción debía comenzar en 1977.
LION se basa en un conjunto de detectores de plomo, escandio y tantalio de 256×128 elementos que funcionan en el rango de 8-13 µm y normalmente está equipado con un sistema óptico de aumento de 3x que proporciona un campo de visión de 10×5°. Según la información disponible, esto permite detectar un automóvil a una distancia de 2 km, identificarlo a una distancia de 700 m e identificarlo a una distancia de 350 m, y la imagen aparece en una pantalla binocular hecha en un CRT. . La mira pesa 2 kg, tiene unas dimensiones de 10x20x24 cm y un consumo de energía de 7 W. Puede funcionar durante aproximadamente 10 horas con seis baterías de litio o aproximadamente 2 horas con baterías alcalinas estándar. La ausencia de un refrigerador conduce a una preparación prácticamente instantánea de la mira para su funcionamiento (el tiempo para ingresar al modo es inferior a 5 s). Según se informa, el ruido de funcionamiento del visor es inaudible desde una distancia de 2 m. GEC-Marconi Sensors está desarrollando actualmente una matriz de elementos de 384×288 para un alcance medio y largo.
En los Estados Unidos, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) emitió una serie de contratos para el desarrollo de prototipos de la mira térmica de corto alcance SRTS y del económico dispositivo de visión nocturna no refrigerada LOCUSP para los programas del mismo nombre. A esto le siguió el programa SMRT-II Advanced Medium Range Thermal Imaging Sight, en el que Texas Instruments suministró instrumentos a la Dirección de Electrónica y Visión Nocturna. Esta mira puede equiparse con rifles, ametralladoras y tubos de lanzamiento para misiles tierra-aire. «Stinger», o úselo como dispositivo de visión nocturna portátil. Texas Instruments afirma que este diseño avanzado es el telescopio de imágenes térmicas de onda larga más pequeño, liviano, barato y con mayor eficiencia energética disponible. Pesa menos de 1,6 kg, consume sólo 3,5 W de energía (hasta 4,5 W a temperaturas extremas), puede funcionar de forma continua durante más de 15 horas con una batería BA6874U y no requiere escáner ni refrigerador criogénico. Una matriz no refrigerada de 245×325 elementos, que funciona a una temperatura estable de 21°C, proporciona imágenes de buena calidad sólo 20 s después de aplicar la alimentación.
Texas Instruments utilizó dispositivos similares en el potenciador de visión del conductor AN/VAS-5, que el ejército de EE. UU. planea instalar en vehículos blindados de combate y camiones. La empresa también debe entregar 12 prototipos del nuevo dispositivo de reconocimiento y mira para junio de 1998 en virtud de un contrato por valor de 5,7 millones de dólares. Una demostración técnica del módulo de observación ISM integrado por parte de la Dirección de Visión Nocturna y Dispositivos Electrónicos, parte de CESOM. Forma parte del programa Fuerza XXI Land Warrior.
El objetivo es demostrar la integración de un telémetro láser seguro para los ojos, una cámara termográfica, una brújula electrónica, un designador láser seguro para los ojos y una óptica de visión directa en una mira de arma que es liviana, resistente y consume poca energía. Según este contrato, Texas Instruments producirá nueve variantes de miras de corto alcance para armas individuales y tres variantes de largo alcance para armas de equipo. La mira ISM también se puede utilizar para reconocimiento y adquisición de objetivos.
El gran mercado potencial para los sistemas comerciales de imágenes térmicas no refrigerados ha llevado a la formación de consorcios para desarrollos específicos en esta área. DARPA está financiando tres de ellos bajo el programa de Tecnologías de Doble Uso y el anterior programa de Reinversión Industrial. Uno de los objetivos es lograr un costo unitario de menos de $10 000 en la producción en masa.
Lockheed Martin IR Imaging Systems lidera un consorcio que trabaja para reducir el costo de los instrumentos microbolómetros monolíticos. Otros miembros del consorcio son Ageme Infrarrojos Systems, Heneywell Military Avionics y el laboratorio. LincolnMIT. La cámara LTC 500 de Lockheed Martin, basada en un generador de imágenes modular SIM 100 que contiene una matriz de elementos de 327×245, pesa 2,35 kg (incluida una lente de 40°). Liderado por Inframetrics, el consorcio ULTRA se centra en productos basados en un microbolómetro monolítico desarrollado por el centro técnico de Heneywell. Otros miembros de ULTRA incluyen el Centro de Guerra de Superficie de la Marina de los EE. UU. y la División de Sistemas de Misiles y Autonética de Boeing North American. Esta última división de Boeing suministra actualmente sus sensores U3000 (plano focal) no refrigerados en formato 320×240. Texas Instruments y sus socios están desarrollando diseños ferroeléctricos de bario, estroncio y titanio como el SMRT II.