Корабельные приборы ночного видения (Часть 1).

ВОЛКОВ Виктор Генрихович, кандидат технических наук, доцент

КОРАБЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ НОЧНОГО ВИДЕНИЯ (ЧАСТЬ 1)

Источник: журнал «Специальная техника» № 1 2006 год

Приборы ночного видения (ПНВ) широко используются для наблюдения и прицеливания в сумерках и ночью. Особенностями корабельных ПНВ являются: дополнительная функция по отношению к корабельным радиолокационным станциям (РЛС) в тех случаях, когда РЛС неэффективны (при наличии радиоэлектронного противодействия, необходимости обнаруживать высокоскоростные летящие цели на близких рубежах, обеспечении навигации в узких проливах или для наблюдения береговой черты в процессе высадки десанта); менее жесткие требования по массе и габаритам по сравнению с требованиями к ПНВ для бронемашин или к авиационным ПНВ.

Корабельные ПНВ могут быть установлены на надводных кораблях и на подводных лодках. Они могут быть выполнены в виде низкоуровневых телевизионных систем (НТВС) [1], активно-импульсных ПНВ (АИ ПНВ) [2, 3], тепловизионных приборов (ТВП) [4], а также в виде многоканальных систем [3], включающих все перечисленные выше устройства в различных комбинациях.

В состав многоканальных систем могут входить дневные цветные ТВ-камеры [5], лазерные дальномеры [6] и РЛС слежения за целью [7].

Все приборы устанавливаются на гиростабилизированных платформах, которые монтируются на опорных колоннах (для надводных кораблей) и на подъемных мачтах перископа (для подводных лодок).

В рубке корабля имеется дисплей для управления ПНВ или многоканальной системой.

Предусмотрен просмотр пространства по горизонту и по вертикали с определенной скоростью. Рассмотрим теперь подробнее все указанные типы корабельных ПНВ и многоканальных систем на их основе.

НТВС “ПНВ-500” “Чибис” [8], предназначенная для установки на судах всех классов и назначений, является автономным средством наблюдения при движении судна в зонах интенсивного судоходства при ограниченной видимости, для обеспечения маневрирования в узких участках портовой акватории и рейдов, ориентации в прибрежной зоне и руслах рек.

НТВС особенно удобна для обеспечения вождения скоростных судов на подводных крыльях, для проведения на море спасательных, поисковых работ и решения задач служб охраны и надзора.

Комплекс НТВС состоит из ТВ-камеры, установленной на опорно-поворотном устройстве, гиростабилизатора с коррекцией по горизонту, пульта управления со встроенным ТВ-монитором, позволяющим осуществлять плавный и дискретный поворот ТВ-камеры по курсу корабля, выносного ТВ-монитора, блока питания с блоком формирования видеоинформации, трех ИК-осветителей.

Наблюдение обеспечивается с двух ТВ-мониторов. Ориентация судна осуществляется с помощью светящихся маркеров на экране ТВ-монитора.

Дальность обнаружения при уровне естественной ночной освещенности (ЕНО) 3×10-3 лк составляет: головы пловца, бревна – 0,3 км, шлюпки – 0,9 км, берега – 1 км, корабля – 5 км. Угол поля зрения может по выбору составлять 10×70, 12×90, 15×110.

Диапазон рабочих освещенностей равен 10-4 – 104 лк.

Сектор обзора и скорость поворота ТВ-камеры составляют соответственно по горизонту ±1800 и 0 – 8 град./с, по вертикали от +50 до –150 и 0 – 1,5 град./с. Точность стабилизации поля зрения по вертикали равна 30′, разрешающая способность не менее 300 ТВ-линий, масса (в зависимости от комплектации) 70 – 100 кг, энергопотребление 50 Вт (без прожекторов), напряжение питания 27 В.

Яркость экрана ТВ-монитора может автоматически регулироваться в зависимости от изменения освещенности окружающей среды в пределах 10-4 – 102 лк.

На фото 1а представлен образец типичной НТВС [9], а на фото 1б типичный характер изображения в НТВС.

а – типичный вид корабельной НТВС;

б – типичный характер изображения, наблюдаемого в НТВС в сравнении с изображением, наблюдаемым в дневную цветную ТВ-камеру;

в – изображение, наблюдаемое в дневную цветную ТВ-камеру

Фото 1.

Фирма Bell Aerospase and Technologies Corp. ALLMTV (All – Light – Level Marine Television Camera) [10] разработала НТВС на базе ЭОП III поколения, стыкованного с матрицей ПЗС.

Стробирование ЭОП позволяет ослаблять свет в 3?104 раза и обеспечивать наблюдение как ночью, так и в яркий солнечный день. НТВС имеет угол поля зрения по диагонали, изменяемый с помощью вариообъектива в пределах 2,5 – 250.

Спектральный рабочий диапазон НТВС равен 0,55 – 0,95 мкм, разрешающая способность в горизонтальном направлении свыше 500 ТВ-линий при разрешении 1032 пикселя на линию, отношение сигнал/шум 40 дБ. НТВС имеет массу 21,4 кг, габариты O203x483 мм, энергопотребление 30 Вт, напряжение питания 20 В, диапазон рабочих температур от –20 до +600 С.

Низкие контрасты типичных объектов наблюдения на водной поверхности делают особенно эффективным применение АИ ПНВ в качестве корабельных средств наблюдения [11].

Кроме того, АИ ПНВ обеспечивают возможность наблюдения ночью при пониженной прозрачности атмосферы (дымка, дождь, туман, снегопад и пр.), а также при воздействии мощных световых помех [2, 3]. АИ ТВ ПНВ, описанный в работе [11], был выполнен на базе ЭОП II поколения, стыкованного с ТВ-камерой ПТУ-64 на базе суперкремникона ЛИ-702-4.

Увеличение прибора наблюдения составило 15,х, угол поля зрения в пассивном режиме 1,5×1,170, активно-импульсном (АИ) режиме 42’x21′. Такой же угол подсвета имел импульсный лазерный осветитель, выполненный на базе импульсного лазерного полупроводникового излучателя со средней мощностью излучения 0,2 Вт, на длине волны 0,85 мкм при частоте 5,2 кГц и длительности импульса излучения 100 нс.

При работе прибора в пассивном и в АИ-режиме в условиях нормальной прозрачности атмосферы, уровне ЕНО = (3 – 5)10-3 лк и волнении морской поверхности до 1 балла дальность распознавания головы водолаза составляла соответственно 0,25 и 0,9 км, шлюпки (борт) 0,65 и 2 км, катера малого 0,8 и 3,2 км, катера большого 3,2 и 5 км, буксира малого 5 и 8 км. Преимущество АИ-режима здесь очевидно.

АИ ТВ ПНВ “Туман-07” [12], предназначенный для обеспечения навигации ночью судов всех классов, имеет дальность распознавания шлюпки 1 км, ростовой фигуры человека до 0,4 км. Дальность распознавания в тумане при метеорологической дальности видимости (МДВ) 200 м составляет 0,6 км, а при МДВ равной 50 м – 150 м. Точность измерения дальности составляет ± 10 м, угол поля зрения в пассивном режиме равен 110, АИ-режиме 3×60, энергопотребление менее 6 Вт, масса (без ТВ-монитора) 1,1 кг, габариты 300x150x70 мм.

АИ ТВ ПНВ Sea Lynx [13] (фото 2), предназначенный для наблюдения и навигации судов на морях и реках и применяемый в комбинации с другими навигационными системами, имеет дальность обнаружения шлюпки в пассивном режиме 0,5 км, в активно-непрерывном режиме 0,7 км, АИ-режиме 1 км. Дальность распознавания соответственно равна 0,15 км, 0,3 км, 0,6 км.

Глубина просматриваемого пространства при работе в АИ-режиме составляет 50 – 350 м, угол поля зрения 6×4,80 (9×60), разрешающая способность 450 ТВ-линий, энергопотребление 60 Вт при питании 24 В или от сети ~220 В (50 или 60 Гц). Габариты и масса составляют соответственно для оптико-электронного блока 190x430x370 мм и 15 кг, для ТВ-монитора с диагональю экрана 9 дюймов 230x250x220 мм и 6 кг, блока управления 95x350x305 мм и 10 кг. Характер наблюдаемого в АИ ТВ ПНВ изображения представлен на фото 3.

Фото 2. АИ ТВ ПНВ Sea Lynx

а – шлюпка с гребцами (вид со стороны борта);

б – то же, вид со стороны кормы;

в – голова водолаза;

г – гребец на шлюпке и фигура водолаза

Фото 3. Характер наблюдаемого в АИ ТВ ПНВ изображения:

Во всех рассмотренных АИ ПНВ использовались импульсные лазерные осветители на основе инжекционных импульсных лазерных полупроводниковых излучателей.

Они обладают высоким кпд, минимальными массой, габаритами, энергопотреблением, высокими эксплуатационными характеристиками.

Но существуют импульсные осветители на базе полупроводниковых лазеров с электронной накачкой (ПЛЭН) [14].

Уступая инжекционным лазерным полупроводниковым излучателям по кпд, они обладают важным преимуществом – генерируют короткие (до 5 нс) и мощные (до 15Мвт) импульсы излучения при частоте менее 15 Гц.

Это создает благоприятные условия для подавления излучения обратного рассеяния в атмосфере и излучения световых помех. Масса такого осветителя не превышает 22 кг, габариты 310x310x150 м, энергопотребление 30 Вт [14].

Для судов, где ограничения по этим показателям не играют существенной роли, АИ ТВ ПНВ с таким осветителем может быть эффективно использован для наблюдения различных предметов на водной поверхности. АИ ТВ ПНВ с осветителем на базе ПЛЭН обеспечивает ночью дальность видения пловца до 1 км при регулировке глубины видимости в пределах 3 – 30 м, имеет регулируемый угол поля зрения в пределах 1,5 – 150, разрешающую способность 300 ТВ-линий [14].

При наличии достаточно высоких температурных контрастов объектов наблюдения на водной поверхности могут быть использованы ТВП наблюдения. Основные параметры таких приборов приведены в табл. 1, их внешний вид на фото 4, 5, вид пульта контроля и управления на фото 6.

Таблица 1. Основные параметры корабельных тепловизионных приборов (по данным проспектов фирм)

а – ТВП V3800 (ТВП TICM II) в комплексе с РЛС; изображение корабля, наблюдаемое с ТВ монитора этого прибора:

б – отрицательный контраст,

в – положительный контраст; общие модули прибора:

г – фотоприемное устройство и узлы блока оптико-механической развертки изображения,

д – электронные блоки.
Фото 4.

a – Ophelios;

б – АТТICA;

в – HDIR;

г – VAMPIR.
Фото 5. ТВП:

Фото 6. а, б – типичные блоки контроля и управления корабельным ПНВ

В ТВП изображение может наблюдаться по желанию оператора в отрицательном (фото 4б) или в положительном (фото 4в) контрасте. Однако при низких температурных контрастах дальность распознавания в ТВП резко падает.

Кроме того в ТВП плохо просматривается окружающий цель фон, поверхность моря и линия горизонта. В связи с этим широко используются многоканальные корабельные системы.

Литература.

1. Волков В.Г. Сверхвысокочувствительные телевизионные системы./Специальная техника, 2002, № 4, с. 2 – 11.
2. Волков В.Г. Активно-импульсные приборы ночного видения./Специальная техника, 2002, № 3, с. 2 – 11.
3. Гейхман И.Л., Волков В.Г. Основы улучшения видимости в сложных условиях. М., “Недра-Бизнесцентр”, 1999, 286 с.
4. Волков В.Г., Ковалев А.П., Федчишин В.Г. Тепловизионные приборы нового поколения./Специальная техника, 2001, № 6, с. 16 – 21, 2002, № 1, с. 18 – 24, 26.
5. Волков. В.Г. Малогабаритные телевизионные системы. Обзор № 5591, М., НТЦ Информтехника, 2000, 157 с.
6. Волков В.Г. Портативные лазерные дальномеры./Специальная техника, 2001, № 6, с. 2 – 13.
7. Jane’s Weapon Systems, США, 2004.
8. Прибор ночного видения ПНВ-500 “Чибис”. Проспект ПО КОМЗ, РФ, Татарстан, Казань, 1990.
9. We ensure clear vision. Optics and Optronics for the navy. Проспект фирмы Zeiss Optronic GmbH, Германия, 2004.
10. Jane’s Ship Weapon Control Systems, США, 2003, p. 64.
11. Волков В.Г. Применение активно-импульсных приборов наблюдения для видения морских объектов./Вопросы оборонной техники, сер. 11, 1995, вып. 1 – 2 (144 – 145), с. 8 – 11.
12. Anti–fog active night-vision surveillance system “Tuman-07”. Проспект НПП Сенет, РФ, М., 1992.
13. Sea Lynx. Laser night vision locator. Проспект фирмы TURN Ltd. РФ, М., 2000.
14. Гольченко А.Н., Олихов И.М. Полупроводниковый лазер с электронной накачкой – новый короткоимпульсный источник излучения/Электронная промышленность, 1996, № 3, с.65 – 72.