Приборы ночного видения для бронемашин..

Приборы ночного видения для бронемашин..

ПРИБОРЫ НОЧНОГО ВИДЕНИЯ ДЛЯ БРОНЕМАШИН

(Окончание. Начало № 5, 2004)

Наибольшее распространение получили ночные прицелы (ПНВ наводчика) на базе ЭОП. Их основные параметры приведены в табл. 1, а схема построения и внешний вид типичных образцов на рис. 11, фото 1 соответственно. ПНВ наводчика могут быть выполнены в виде одноканального прибора, но могут содержать и дневной оптический канал, чаще всего содержащий лазерный дальномер. Он может быть выполнен на базе твердотельного лазера на основе АИГ:Nd3+ с длиной волны 1,06 мкм. За последние годы получили распространение лазерные дальномеры на базе твердотельного лазера на основе эрбия с длиной волны 1,54 мкм. Излучение на этой длине волны безопасно для зрения и не может быть обнаружено с помощью традиционных ПНВ на базе ЭОП (за исключением ЭОП поколения III+ [1]). Типичные параметры лазерных дальномеров: диапазон измеряемых дальностей 0,1 – 10 км, точность измерения дальности ± 5 м, разрешение по дальности 50 м, пределы строба 0,15 – 3 км, угол поля зрения дневного визира 7 – 80, увеличение 7 – 8х.

Таблица 1. Основные параметры ночных прицелов наводчика (по данным проспектов фирм)

Рис. 1. Типичная схема ПНВ наводчика
(прицел NV 31 фирмы Optic Electronic Corp., США)

а – 1ПН22М2М (ГУП ПО НПЗ”, РФ);	б – 1к13-2 “БУГ” (Беломо, Беларусь);
в – М35Е1 (Optic Electronic Corp., США);	г – NVL53 (United Scientific, Великобритания);
д – NV32 (AVIMO, Великобритания)

Фото 1. Внешний вид типичных ПНВ наводчика.

ПНВ наводчика могут изменять положение своей визирной оси по вертикали в пределах от (-10) – (-20)0 до (+20) – (+70)0. Разрешающая способность ПНВ составляет 0,2 – 0,4 мрад. Дневной канал может иметь сменные увеличения 1х, 8х при угле поля зрения соответственно 300 и 80. Ночной канал имеет обычно увеличение 6 – 8х при угле поля зрения 7 – 80. Диапазон фокусировки составляет (25 – 50) м – µ. Дальность обнаружении автомашины при уровне естественной ночной освещенности (ЕНО) Е = 10-3 лк составляет 2,5 – 3 км, распознавания – 1,0 – 1,5 км. Удаление выходного зрачка составляет 22 – 25 мм при его диаметре 5 мм. Пределы диоптрийной установки могут составлять (-2) – (+6) либо ±5 диоптрий.

Обычно ПНВ наводчика имеют либо независимую гиростабилизацию головного зеркала в двух плоскостях, либо зависимую стабилизацию благодаря кинематической связи головного зеркала ночного прицела с гиростабилизированным зеркалом дневного прицела. Точность гиростабилизации составляет 0,3 – 0,5 мрад, точность регулировки положения линии визирования – (± 7) мрад.

Если уровень ЕНО резко падает, то для сохранения прежней дальности действия необходим искусственный дополнительный подсвет. Поэтому ПНВ всех видов для бронемашин должны быть дополнительно оснащены инфракрасными (ИК) осветителями. Это могут быть ИК-прожектора на основе дуговых или ксеноновых ламп (табл. 2) Типичные схемы ИК-прожекторов приведены на рис. 2, а внешний вид типичных образцов – на фото 2 [2]. В прожекторах ОУ-5 и Л-4 в задней крышке 6 (рис. 2) размещены блоки зажигания ксеноновых короткодуговых разрядных ламп типа ДКсШ-180 и ДКсЭл-250 с мощностью соответственно 180 Вт и 250 Вт [2]. В прожекторах ОУ-3 и Л-2Г используются соответственно прожекторная лампа накаливания типа ПЖ-27-110 и галогенная лампа накаливания типа КГ-27-200 с мощностью соответственно 110 Вт и 200 Вт [2]. В прожекторах используются абсорбционные ИК-фильтры ИКС-970 [2]. Недостатками ИК-прожекторов являются значительные масса, габариты и энергопотребление, а также сильная зависимость спектральной характеристики ИК-фильтра (и значит энергетической силы света прожектора) от температуры (рис. 3). Срок службы ИК-прожекторов без замены лампы не превышает сотни часов.

а)

б)
Рис. 2. Схема прожекторов ОУ-3Г (а) и Л4 (б):
1 – корпус,
2 – блок ИК-фильтра,
3 – отражатель,
4 – источник света,
5 – патрон,
6 – задняя крышка,
7 – анодный узел лампы,
8 – токоведущая шина [2]

а)

б)
Фото 2. Внешний вид типичных ИК-прожекторов:
а – ОУ-3Г [1];
б – Л4 [1];

Рис. 3. Кривые спектральной чувствительности S? многощелочного (1) и кислородно-серебряно-цезиевого (2) фотокатодов ЭОП, силы излучения I дуговой ксеноновой лампы типа ДКсЭл-250 (3) и влияние температуры нагрева на степень пропускания Т излучения лампы с фильтром ИКС-970 (4) при температурах: 20? С (I), 50? С (II), 100? С (III), 150? С (IV), 200? С (V), 250? С (VI), 300? С (VII) [2]

Таблица 2. Осветители для бронемашин

В связи с этим представляет интерес создание ИК-осветителей на базе ИЛПИ [3, 4]. Схема типичного лазерного осветителя и его внешний вид даны на рис. 4 и фото 3 соответственно. В ОАО СКС “Пеленг” (Беларусь) разработаны лазерные ИК-осветители для бронемашин [3, 4]. Модель ИЛ-1 на базе лазерного излучателя ИЛПИ-114 имеет энергетическую силу света 470 Вт/ср, среднюю мощность излучения 0,15 Вт, угол подсвета 1,5х0,750, длительность импульса излучения 130 нс, рабочую частоту до 5,2 кГц, длину волны 0,85 мкм, массу 7,3 кг, габариты 246х174х177 мм, энергопотребление (с обогревом защитного стекла) не более 50 Вт, без обогрева 20 Вт при питании от бортсети =27+2-5 В в диапазоне рабочих температур (-50) – (+50)0 С [4]. Другие модели ОУ-6 и ОУ-6-01 имеют те же выходные параметры за исключением массы и энергопотребления. Они составляют соответственно 15 кг и 100 Вт. Это обусловлено наличием дополнительного механизма прокачки оптической оси осветителя по вертикали: в осветителе ОУ-6 в пределах от (+6)0 до +(30)0, в осветителе ОУ-6-01 – от (+8)0 до (+32)0. В осветителе предусмотрено также перемещение его оптической оси по горизонту в пределах ±50 [4]. Время непрерывной работы всех этих осветителей составляет 6 часов при общем ресурсе (без замены ИЛПИ) 200 часов. Преимуществом лазерных осветителей является создание ими однородного по распределению энергетической яркости пятна подсвета прямоугольной формы с резко очерченными краями, в то время как ИК-прожектора создают пятно подсвета с гауссоидальным распределением энергетической яркости, так что яркость в пятне подсвета падет от центра пятна к его краям при отсутствии его четких границ. Рабочая длина волны ИЛПИ изменяется в зависимости от изменения температуры со скоростью 2,5 А/0 С. Для обеспечения достаточной эффективной энергетической силы света осветителя с учетом подобного дрейфа длины волны используется либо автоматическое изменение тока накачки ИЛПИ в зависимости от температуры, либо термоэлектрическая стабилизация длины волны ИЛПИ. Импульсные лазерные осветители могут использоваться практически без изменения в составе комплекса АИ ПНВ, если предусмотрена синхронизация работы блока стробирования АИ ПНВ с работой блока накачки осветителя.

Рис. 4. Конструкция лазерного осветителя:
1 – объектив формирования излучения,
2 – ИЛПИ,
3 – блок накачки

Фото 3. Внешний вид лазерного осветителя ПЛ-1 [3, 4]

ИК-осветители для бронемашин могут быть выполнены и на базе мощных ИК-светодиодов [5, 6]. Схемы их возможного исполнения даны на рис. 5, а внешний вид типичных образцов – на фото 4. Схема с выносным объективом (рис. 5а) предусматривает возможность раздельной установки в осветителе ИК-светодиода 2 и объектива 1 формирования его излучения. ИК-светодиоды У-193 имеют мощность излучения 0,17 0,23 Вт при токе 0,5 А и 0,35 – 0,44 Вт при токе 1,0 А и напряжении =3 В. Угол расходимости излучения по уровню 0,5 составляет 300. ИК-светодиод У-193А содержит один излучающий кристалл размером 1х1 мм. ИК-светодиод У-280А содержит 6 кристаллов размером 1х1 мм, соединенных последовательно. Этот светодиод имеет мощность излучения 1,1 – 1,3 Вт при токе 0,5 А и 1,5 – 1,8 Вт при токе 1,0 А и напряжении = 12 – 14 В. Угол расходимости излучения по уровню 0,5 составляет 500 [5]. Недостатком схемы рис. 5а является значительный продольный габарит осветителя. Для его сокращения целесообразно перейти к осветителю, который выполнен по схеме группового излучателя (рис. 5б). Такой осветитель У-200ИК содержит 12 ИК-светодиодов типа АОИ 12Т. Все эти светодиоды установлены на радиаторе. Их оптические оси взаимно параллельны и совмещены с оптическими осями соответствующих линз Френеля, изготовленных в виде единого пластмассового блока. Излучение всех светодиодов суммируется в едином угле подсвета, определяемом углом подсвета одного модуля (светодиод + его объектив – линза Френеля). Модель У-200ИК-А имеет мощность излучения 0,7 – 1,0 Вт при токе 0,6 А и угле подсвета 50, а модель У-200ИК-Б 0,9 – 1,2 Вт при том же токе и угле подсвета 300. Напряжение питания равно =12 ± 0,5 В. Масса осветителей УК-200ИК не превышает 1,5 кг, габариты Ж170х120 мм. Все светодиоды могут иметь длину волны 0,85 ± 0,01 мкм либо 0,86 ± 0,02 мкм. Диапазон рабочих температур равен (-40) – (+55)0 С, срок службы – не менее 5х105 часов. ИК-светодиод может иметь встроенный объектив формирования излучения (рис. 5в) [6]. Его модель АЛ 148А имеет мощность излучения 0,2 (1,0) Вт при токе 1 А (6 А) и напряжении =12 В, угле подсвета 6 – 80, длине волны излучения 0,81 ± 0,01 мкм [6]. Такой ИК-светодиод можно использовать для АИ ПНВ, так как он может работать в импульсном режиме при длительности импульса излучения 100 нс, рабочей частоте 5 кГц и токе в импульсе 30 – 40 А [6]. Сила излучения светодиода составляет 5 – 9 Вт/Ср, в то время как сила излучения светодиодов У-193 и У-288 равна 0,35 – 0,7 Вт/Ср и 0,6 – 0,7 Вт/Ср соответственно, а осветителей У-200ИК-А и У-200-ИК-Б – 60 Вт/Ср и 2 Вт/Ср соотвтственно. Достоинством светодиода АЛ 148А являются его малые поперечные габариты, но это создает опасность его загрязнения. Можно создать групповой излучатель из нужного числа этих светодиодов.

а – с выносным объективом:
1 – объектив формирования излучения,
2 – ИК-светодиод;

б – групповой излучатель из 12 модулей:
1 – плата линз Френеля,
2 – светодиодная плата,
3 – радиатор для отвода тепла;

в – со встроенным объективом:
1 – объектив встроенный,
2 – тело свечения ИК-светодиода,
3 – вывод электрический,
4 – резьбовой стержень для крепления светодиода

Рис. 5. Схема светодиодных осветителей:

а – со встроенным объективом;

б – групповой излучатель
Фото 4. Внешний вид светодиодного осветителя.

Полуширина спектра лазерных осветителей на базе ИЛПИ составляет 3 – 5 нм, а светодиодных – 50 – 60 нм. В связи с этим лазерные осветители обеспечивают лучшее качество спектральной селекции целей при установке в ПНВ узкополосного фильтра, а светодиодные осветители создают лучшее согласование по спектру своего излучения с фотокатодом ЭОП. Выбор конкретного типа осветителя определяется особенностями ПНВ и различных поколений ЭОП [8].

Таким образом, существуют разнообразные варианты ПНВ и их осветителей, что позволяет выбрать оптимальный вариант практически для любой бронемашины.

Литература.

1. Zakharov A. MILEX 2003. ARMS Defense Technologies Review, 2003, № 3 (16), р. 54.
2. Басов Ю.Г., Раквиашвили А.Г., Сысун В.В. Инфракрасные прожектора постоянного излучения./Оптический журнал, 2003, т. 70, №3, с. 59 – 64.
3. Волков В.Г. Лазерные осветители и целеуказатели для приборов ночного видения./Специальная техника, 2002, №2, с. 2 – 10.
4. Архутик С.Т., Зайцева Е.И., Козлов К.В. Результаты модернизации систем ночного видения. XVII Международная научно-техническая конференция по фотоэлектронике и приборам ночного видения. Тезисы докладов. РФ, М., 2002, с. 167 – 168.
5. Инфракрасные светодиоды и осветители на их основе. Проспект НПИ ОЭП “ОПТЭЛ”, РФ, М., 2004.
6. Виллисов А.А., Захаров Г.Н., Кухта А.М., Нефедцев И.В. Мощный излучающий диод АЛ 148 А. Электронная промышленность, 1990, вып. 10, с. 130 – 134.
7. PH 14 Xenon ARC Searchlight for Visible and Infrared Light. Проспект фирмы Sopelem, Франция, 1990.
8. В.Г. Волков. Приборы ночного видения новых поколений./Специальная техника, 2001, №5, с.2 – 8.