| Dispositivos de visión nocturna multicanal para uso terrestre.
Volkov Viktor Genrikhovich, candidato de ciencias técnicas, profesor asociado DISPOSITIVOS DE VISIÓN NOCTURNA MULTICANAL PARA APLICACIÓN TERRESTRE. Actualmente, se han generalizado los dispositivos de visión nocturna (NVD), diseñados para observar al anochecer y por la noche. Y en algunos casos también con una transparencia reducida de la atmósfera. Se conocen NVD basados en convertidores electroópticos (EOC), sistemas de televisión de bajo nivel (LTVS) y dispositivos de imágenes térmicas (TPV). Todos ellos tienen sus inconvenientes y, en consecuencia, posibilidades de aplicación limitadas. En este sentido, parece apropiado crear NVG multicanal (MCNV), que consten de canales individuales basados en tipos conocidos de NVG y otros dispositivos de tal manera que las desventajas de algunos canales se compensen con las ventajas de otros. Esto garantiza el funcionamiento del MPNV las 24 horas y en cualquier condición climática. Los MPNV se utilizan para buscar víctimas durante desastres naturales, apoyar la exploración, extracción y transporte de recursos minerales, construcción, instalación, trabajos de reparación y conducción de vehículos de todo tipo en condiciones de visibilidad difíciles, control ambiental, apoyo al trabajo de los organismos encargados de hacer cumplir la ley, vigilancia. , segmentación, etc. Los MPNV se dividen en integrados, combinados e integrados.
IntegradosLos sistemas constan de dos o más canales que operan en diferentes rangos espectrales y se combinan en un solo diseño. Estos canales tienen una ventana de entrada común o varias ventanas de entrada diferentes para diferentes regiones espectrales. Además, cada canal puede funcionar de forma independiente de acuerdo con sus capacidades fundamentales. Las imágenes se muestran en pantallas separadas para cada canal o en una sola pantalla si se cambian los canales. No existe un procesamiento conjunto de información de canales individuales. El MPNV se puede montar en varias carcasas, pero instalado en un único soporte y disponiendo de conexiones funcionales (mecánicas, eléctricas, etc.).
CombinadasConsisten en dos o más canales que operan en diferentes rangos espectrales y se combinan tanto estructuralmente como en función de la alineación de los ejes ópticos (total o parcial). El MPNV tiene una ventana de entrada común y la información se presenta en una pantalla común o diferente. El sistema está montado en una sola carcasa. Los canales individuales pueden funcionar juntos o de forma independiente. En integradoLos canales individuales MPNV se combinan sobre la base de un sistema óptico común, así como un sistema para procesar y presentar una imagen integrada en una sola pantalla. Este último se forma a partir del análisis de características específicas: señales de varios canales, procesamiento de señales en tiempo real en una microcomputadora y presentación optimizada en una sola pantalla. Estos dispositivos aún se encuentran en etapa de desarrollo. Los MPNV funcionan en todo clima y las 24 horas del día, incluso cuando se exponen a interferencias ópticas y de polvo y humo. Gracias a su mayor eficiencia, permiten solucionar el problema de la automatización de la búsqueda, detección, identificación y puntería, eliminando la intervención del operador. Los NVD pasivo-activos basados en tubos intensificadores de imagen, NTVS, dispositivos TPV, detectores de calor (TPO), sistemas de televisión diurna (DTWS) o dispositivos ópticos diurnos (DOP), NVG de pulso activo (AP) y radar se pueden utilizar como canales separados. estación (radar). Los NVD pasivos-activos basados en tubos intensificadores de imagen son relativamente simples y económicos y proporcionan visibilidad tanto del objeto de observación como del fondo circundante (terreno), independientemente de los contrastes de temperatura del objeto y el fondo. Pero estos dispositivos no pueden funcionar a un nivel reducido de iluminación nocturna natural (NIL) en modo pasivo (en este caso, se utiliza un modo activo: iluminación de un objeto con la radiación de un iluminador infrarrojo (IR) integrado en el NVD, que desenmascara el dispositivo de visión nocturna), con deterioro de la transparencia de la atmósfera (neblina), niebla, lluvia, nevadas, etc.), cuando se expone a interferencias luminosas y con bajos contrastes naturales de iluminación entre el objeto y el fondo. Además, estos dispositivos de visión nocturna no pueden medir con precisión la distancia a un objeto. Los dispositivos ópticos diurnos tienen mayor calidad de imagen, transmiten colores naturales, son simples, baratos, pero no funcionan por la noche y tienen las mismas desventajas que los NVD basados en tubos intensificadores de imagen. Para medir con precisión el alcance, se utilizan como mira de telémetro láser (LD). NTTVS y DTVS, en comparación con los dispositivos basados en tubos intensificadores de imagen y los dispositivos ópticos diurnos, proporcionan duplicación y transmisión remota de la imagen, su procesamiento en tiempo real, presentación simple de información alfanumérica y simbólica y, hasta cierto punto, supresión de Interferencia de luz y medición precisa de coordenadas. Pero todas las principales desventajas de los dispositivos de visión nocturna basados en tubos intensificadores de imagen y DOP son características de los sistemas de televisión diurna y de bajo nivel, respectivamente. Además, la calidad de la imagen en NTVS y DTVS es ligeramente inferior que, respectivamente, en los dispositivos de visión nocturna y los dispositivos ópticos diurnos con salida de imagen ocular. Los dispositivos termográficos pueden funcionar en muchos casos con una transparencia reducida de la atmósfera, en polvo y humo, y bajo la influencia de interferencias luminosas, si su espectro no coincide con el rango espectral del dispositivo TPV. Este último funciona independientemente del nivel de iluminación nocturna natural y de los contrastes de iluminación del objeto y el fondo, y es capaz de detectar incluso objetos ocultos mediante su radiación térmica. Pero en comparación con los sistemas de televisión de bajo nivel, los dispositivos TPV tienen un detalle de imagen pobre y un carácter específico. La calidad de la imagen depende en gran medida de los contrastes de temperatura entre el sujeto y el fondo. Los dispositivos de imágenes térmicas no pueden funcionar en algunos tipos de niebla. Es difícil ver la línea del horizonte y, a veces, el fondo en ellos. Los dispositivos son complejos, caros, en algunos casos utilizan refrigeración a baja temperatura (criogénica) de hasta 77-80 K y no son capaces de medir con precisión la distancia a un objeto. Los detectores de calor, a diferencia de los dispositivos TPV, no se utilizan para obtener una imagen completa, sino que solo marcan la presencia de un objeto emisor de calor en el campo de visión. TPO es más simple, más barato que los dispositivos de imágenes térmicas, no requiere enfriamiento, pero por lo demás tiene las mismas desventajas. El principio de funcionamiento de los NVD de pulso activo se basa en la iluminación láser pulsada de los objetos de observación y el control de pulso sincronizado (gating) del intensificador de imágenes en la parte receptora del NVD. Los dispositivos de visión nocturna de pulso activo proporcionan alcances récord para la identificación de objetos, independientemente del nivel de ENO y los contrastes de iluminación de los objetos y el fondo, funcionan bajo la influencia de interferencias luminosas, independientemente de su espectro, con una transparencia reducida de la atmósfera y proporcionan mediciones de distancia a objetos con una precisión no peor que la de los telémetros láser modernos. También se pueden fabricar en forma de AI NTVS con todas sus ventajas características. Pero los dispositivos de visión nocturna de pulso activo son impotentes en medio del humo y algunos tipos de niebla. Cuando se opera en modo de pulso activo (los AI NVG también pueden funcionar en modo pasivo, como los NVG convencionales), solo es visible la imagen del objeto y el fondo se corta. Sin embargo, el mayor alcance, su medición precisa y la inmunidad al ruido solo se proporcionan en el modo AI. El pequeño campo de visión, determinado por el estrecho ángulo de iluminación del iluminador láser, impide la búsqueda de objetos en el modo AI. La búsqueda debe realizarse en modo de funcionamiento pasivo. Pero aquí tenemos que enfrentarnos a todas las desventajas del modo NVD pasivo basado en el intensificador de imagen y la incapacidad de lograr un rango de detección de objetos en este modo comparable al rango de identificación en el modo AI. Los radares pueden funcionar en casi cualquier condición diurna o nocturna, en presencia de interferencias de luz, polvo y humo, independientemente del nivel de iluminación natural nocturna, los contrastes de iluminación y temperatura, y con una transparencia atmosférica reducida. Los radares miden con precisión la distancia a un objeto y sus coordenadas. Sin embargo, los radares son susceptibles a las interferencias de radio y no siempre pueden identificar los elementos y objetos del terreno. Es difícil trabajar con radar en un objeto estacionario. Por lo tanto, ninguno de los medios enumerados funciona en toda la gama de cambios en las condiciones externas, por lo que los dispositivos individuales en forma de canales se combinan en MPNV. En este caso, las siguientes combinaciones de canales son las más prometedoras:
De todas estas combinaciones, la más exitosa es el MPNV basado en la combinación 5. Garantiza un funcionamiento las 24 horas y en todo clima en presencia de interferencias de luz, polvo y humo, una medición precisa del alcance y las coordenadas en combinación con una temperatura relativamente baja. peso, dimensiones y consumo energético. Aquí se implementan una alta adaptabilidad, un principio de diseño modular y un control automatizado de los parámetros MPNV. Mostrar imágenes de canales AI y TPV en un solo monitor de televisión le permite pasar a un MPNV integrado, y el uso de una microcomputadora incorporada le permite automatizar el sistema. El uso de la combinación 6 aumentará aún más la eficiencia de los MPNV, pero esto conducirá a un fuerte aumento en el peso, las dimensiones y el consumo de energía. La Tabla 1 muestra los principales parámetros de los MPNV de observación portátiles para su funcionamiento desde un trípode. Las fotos 1 a 6 muestran la apariencia de estos sistemas. Tabla 1. Principales parámetros de un MPNV portátil instalado en un trípode.
Los canales de imágenes térmicas de todos estos MPNV operan en el rango espectral de 8 a 14 µm (el más efectivo en condiciones terrestres), con la excepción del sistema de la Fig. 2, operando en la región de 3 a 5 µm. En los canales de IA de todos los sistemas representados, se instalan un tubo intensificador de imagen de generación 2+ e iluminadores basados en potentes emisores semiconductores láser pulsados. La foto 7 muestra un ALATS MPNV montado en un trípode de Litton Laser Systems (EE. UU.). Incluye una cámara termográfica (o NTVS), un telémetro láser (longitud de onda de 1,55 micrones), una microcomputadora, una unidad para medir ángulos horizontales y verticales, un receptor de señales de radar y un trípode con dial. El rango de detección de objetos es de 10 km, su identificación es de 5 km [19].
Además de los sistemas portátiles, se utilizan MPNV combinados portátiles según la combinación 2. Sus parámetros principales se muestran en la Tabla 2 y su apariencia se muestra en la Foto 8-10. El detector de calor está fabricado sobre la base de un piroeléctrico no refrigerado. fotodetector y opera en la región espectral de 8 a 14 μm. Estos NVG son necesarios para buscar víctimas durante desastres naturales, en minas, etc. Tabla 2. NVG pequeños (NVG basados en intensificador de imágenes + TPO)
Sin embargo, los más extendidos son los sistemas combinados con una combinación de 3 5. Al implementarlos, surge el problema de la combinación óptima de imágenes térmicas y canales de televisión de bajo nivel. La dificultad está asociada con las diferentes leyes de escaneo de imágenes a lo largo del cuadro, sus diferentes velocidades y formatos de cuadro. En este caso, es posible combinar completamente imágenes de TPV y TV, llevarlas a un único estándar de televisión y luego mostrarlas en un único monitor de TV sumando las señales de vídeo. Pero una forma más racional de combinar imágenes es sustituir parte de la imagen de TV por una imagen de TPV. En este caso, en la parte central del ráster de televisión se forma una “ventana” rectangular, en la que se presenta la imagen TPV. Cuando se utiliza un monitor de televisión en color, la imagen del canal NTVS (DTVS) generalmente se presenta con predominio del verde y el canal de imágenes térmicas, con el rojo. El problema de combinar imágenes de TPV y TV se analiza en detalle en /10/. En la Fig. La Figura 1 muestra la apariencia de un MNV combinado montado en la cabeza con transmisión remota de imágenes.
1 – lente de canal diurno; En dicho sistema, las imágenes de los canales TPV y AI NTBC se integran mediante un microordenador (9). Con niveles de luz elevados funciona el canal diurno. Los espejos dicroicos (3) tienen revestimientos que reflejan la radiación en la región del espectro luminoso de la pantalla de un monitor de televisión hacia el ojo del operador y transmiten radiación en el resto del espectro visible. Esta visión “de extremo a extremo” proporciona al operador la observación simultánea de la imagen desde la pantalla y el área circundante. Esto permite, durante la conducción de un vehículo, evitar la iluminación del canal NTTV cuando funciona en modo pasivo por una radiación excesiva de los dispositivos luminosos del panel de control. Durante el día funciona un telémetro láser con una longitud de onda segura para la visión de 1,55 micrones y por la noche funciona el telémetro del canal AI NTBC. El indicador (10) determina el nivel de luz natural para ajustar automáticamente el brillo del canal AI NTBC cuando opera en modo pasivo. El bloque (7) proporciona procesamiento de imágenes en tiempo real (resta de ruido, mejora del contraste, etc.), conversión de una imagen térmica en un estándar de televisión e introducción de información de servicio en el MPNV. Utilizando un sistema de comunicación por satélite, los datos de navegación se ingresan en el sistema. Para un MNV con un alcance mayor, se puede montar detrás de los hombros del operador en una mochila (Fig. 2).
1 – lente de un iluminador láser pulsado; Cuando se utilizan MPNV en sistemas robóticos autónomos, se requiere el reconocimiento automático de objetos. Actualmente, este problema se resuelve utilizando un microordenador incorporado que se ejecuta según un programa específico. Sin embargo, para aumentar el rendimiento y atraer más información de referencia, es aconsejable utilizar un correlador óptico coherente. Su principio de funcionamiento se basa en el método de identificación holográfica mediante la comparación del espectro de frecuencia espacial de la imagen analizada de los objetos y los filtros holográficos coincidentes en la memoria del dispositivo de identificación. La convolución de las imágenes de Fourier de las imágenes de referencia y analizadas se convierte en la respuesta de correlación del sistema al reconocimiento. En este caso, se determinan simultáneamente las coordenadas del objeto analizado. La capacidad de memoria de un disco holográfico le permite almacenar hasta 5000 imágenes de Fourier de referencia. El procesamiento se realiza en tiempo real. En este caso se pueden analizar varias imágenes simultáneamente. Los correlacionadores modernos tienen un diseño adecuado para su uso en MPNV /10/. Además de los sistemas portátiles y portátiles, existen MPNV móviles en operadores de telefonía móvil. Están ubicados: 1 – directamente sobre un objeto en movimiento; El primer tipo de MPNV se utiliza con mayor frecuencia en tanques, vehículos de combate de infantería y vehículos blindados de transporte de personal y forma parte del sistema de control de incendios de estos vehículos de combate. La consideración de tales MPNS merece una revisión separada. Aquí nos limitaremos a describir los sistemas más típicos, por ejemplo, la mira estabilizada multicanal HL-60 (Fig. 3) del tanque Leclerc /11/.
1 – monitor de TV de imágenes térmicas y canales de televisión de bajo nivel; El canal diurno del artillero tiene aumentos de 2,5 y 10x. El canal LD tiene una longitud de onda de 1,06 µm. El canal de televisión de bajo nivel está realizado en una matriz CCD. El canal de imagen térmica está fabricado sobre la base de módulos comunes y tiene ángulos de campo de visión de 1,9×2,9° y 5,7×8,6°. El canal diurno del comandante, que tiene un canal nocturno incorporado basado en el tubo intensificador de imagen y LD, tiene los mismos aumentos que el canal diurno del artillero y la misma precisión de estabilización de 0,05 mrad. El comandante tiene su propio monitor de televisión, en el que se muestra la imagen de la mira del artillero. El microordenador de estos dispositivos realiza todos los cálculos necesarios para el funcionamiento normal del sistema de control de incendios del tanque, que se basa en la experiencia de crear un sistema electrónico de a bordo para el avión Mirage-2000. Avimo (Gran Bretaña) ha creado el visor diurno/nocturno NV-3001 para tanques y vehículos blindados. Contiene canales de día, noche (basados en tubo intensificador de imagen, TPV) y LD. El canal diurno y el telémetro láser tienen un aumento de 8x y un ángulo de campo de visión de 8°. El canal LD tiene una longitud de onda de 1,06 µm. Las medidas oscilan entre 200 y 9995 m con una precisión de ±5 m, el canal del intensificador de imágenes de segunda generación tiene un aumento de 7x y un ángulo de campo de visión de 7,5°. El canal de imágenes térmicas tiene un aumento de 4,9 y 2x, un campo de visión de 2,25×3,8 y 5,6×9,5° respectivamente, un rango de identificación de 1,5 km y un rango de detección de 2,5 km. [20]. Los MPNV en un mástil de elevación son algo menos comunes. Celsius Tech Electronics (Suecia) ha desarrollado un MPNV Lemur /12/combinado sobre una plataforma giroestabilizada montada en el techo de un automóvil. El ángulo de visión horizontal es de 360°, vertical +35° -20°. El sistema incluye un canal de imágenes térmicas que opera en la región espectral de 7,5 a 10,5 micrones y tiene dos ángulos de campo de visión: 9×6,75° y 3×2,25°, un canal de televisión diurno con un campo de visión de 16×12° y un láser. telémetro con una longitud de onda de 1,064 micrones, que mide un alcance de 200 a 10000 m. Radamec Defense Systems (Israel) ha desarrollado el Radamec System 1000L (foto 11) /13/. El sistema incluye:
> Texas Instruments (EE. UU.) ha desarrollado un sistema de reconocimiento HSS (Hunter Sensor Suite) montado en mástil, que incluye un dispositivo TIR (FLIR) de segunda generación, un canal DTV, un telémetro láser y sensores acústicos. El MPNV se instala en el vehículo todoterreno HMMWV /14/. En Alemania, las empresas Krauss Maffei, Euromissil, MAN, MBB crearon el sistema antitanque EPLA (Elevirable Platform), también diseñado para combatir helicópteros. El sistema incluye una mira día/noche giroestabilizada. Todo el complejo está instalado sobre un mástil con una altura de elevación de hasta 13 m, montado en un camión militar LKW de 8×8. ATGM NOT también está instalado en el mismo mástil. El alcance del sistema es de 1,9 a 4,5 km, el ángulo de visión horizontal es de 360°. Una de las opciones del sistema prevé la colocación de toda la tripulación de combate (3 personas) en una plataforma elevadora junto con el complejo de instrumentación y armas, otra colocación de la tripulación de combate en la cabina del vehículo. El sistema incluye un radar, DTV, mira MIRA TPV, NVG de gran angular para ver el área, periscopio nocturno integral con un cabezal de espejo estabilizado para transmitir imágenes a un canal de televisión con resolución ultra alta de 1242 líneas de televisión. La plataforma es trasladada a la posición de combate en 2 minutos. La plataforma se eleva a su altura máxima en 12 segundos. La naturaleza de la instalación de un mástil con plataforma en un camión se muestra en la foto 12 [15].
La empresa MCCS (Gran Bretaña) ha desarrollado un sistema giroestabilizado VISTAR IM 405, instalado sobre un mástil telescópico de hasta 8 m de altura, montado en un vehículo Landrover. El sistema consta de un canal NTTV y un canal TPV diseñados para la región espectral de 8 a 12 µm. Ángulo de visión horizontal ±170°, vertical – ±30° [16]. AB Wide (EE.UU.) creó un sistema de mástil TM170/4.7-1.0 con un peso de 45 kg, instalado en un automóvil Landrover. Límites de elevación: 1 – 4,7 m en 20 s. Los sistemas TM170/10-1.9 TM170/15-2.7 de la misma empresa se pueden elevar a una altura de mástil de hasta 10 y 15 m respectivamente, tienen una masa de 70 y 100 kg y un tiempo de elevación de 40 y 60 s [17]. Thomson-TRT Defence (Francia) ha desarrollado el sistema de mástil MOS 2, que puede montarse en varios vehículos civiles o militares para uso en la policía, fuerzas especiales y observadores avanzados. El sistema incluye canales TPV, NTVS y LD instalados sobre una plataforma giroestabilizada. Puede funcionar las 24 horas del día y en cualquier clima, permitiendo observar objetos y midiendo su distancia con una precisión de 5 m. La computadora de a bordo proporciona detección automática, seguimiento de objetos y trazado de su posición en el mapa. Se proporciona vigilancia panorámica del área [18]. Los sistemas multicanal montados en mástiles descritos anteriormente son en realidad un tipo de sistemas de orientación y vigilancia de helicópteros, de los que el autor espera hablar en la próxima revisión. . |
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