Приборы ночного видения для бронемашин-..

Приборы ночного видения для бронемашин-..

ПРИБОРЫ НОЧНОГО ВИДЕНИЯ ДЛЯ БРОНЕМАШИН  

Современные бронемашины на колесном и гусеничном ходу должны обеспечивать решение разнообразных задач спецтехники: наблюдение, прицеливание и ведение огня, сопровождение и перевозку специальных грузов и пр. Эти задачи должны решаться как днем, так и ночью. В связи с этим для бронемашин широко используются приборы ночного видения (ПНВ). Они могут быть выполнены на базе различных физических принципов построения:

— ПНВ на основе электронно-оптических преобразователей (ЭОП).
— Низкоуровневые телевизионные системы.
— Активно-импульсные (АИ) ПНВ.
— Тепловизионные (ТПВ) приборы.
— Комбинированные приборы.

В данной статье представлены первые три направления указанных приборов. Последние два направления заслуживают отдельного рассмотрения.

Соответственно функциям экипажа бронемашин ПНВ для них бывают трех типов:

— ПНВ вождения бронемашин.
— ПНВ командира.
— ПНВ наводчика.

Кроме этих специализированных ПНВ, которые занимают на бронемашине вполне определенное положение и подключены к ее бортсети, экипаж бронемашин использует автономные ПНВ: очки ночного видения, ночные монокуляры, ночные бинокли. Они используются для ориентации на местности, чтения карт и других документов, осмотра и ремонта техники и пр. В ряде случаев очки ночного видения можно использовать для вождения бронемашин ночью (фото 1) либо непосредственно (фото 1а), либо при работе через дневной перископ (фото 1б). Бывают случаи использования переносных ПНВ наблюдения (например, 1ПН54 [2]), закрепляемых снаружи бронемашины с помощью специального кронштейна. Все эти ПНВ достаточно подробно рассмотрены в работах [1,2].

а)

б)
Фото 1. Применение очков ночного видения для непосредственного вождения бронемашины [19] (а) и применение очков ACN-1 (табл. 1) для вождения бронемашины при наблюдении через дневной перископ (б)

Все три типа специализированных ПНВ образуют единый приборный комплекс ночного видения, взаимно дополняя друг друга по своим параметрам и характеристикам. В частности, ПНВ вождения имеют увеличение 1х и максимальный по сравнению с другими ПНВ бронемашин угол поля зрения: 40 – 500. Это необходимо для эффективного вождения бронемашины ночью. При этом дальность действия ПНВ сравнительно невелика. В ясную звездную ночь при уровне естественной ночной освещенности Е = 3х10-3 лк дальность распознавания ростовой фигуры человека на осенне-летнем фоне составляет 200м [3].

Командир бронемашины должен руководить действиями экипажа. В связи с этим ПНВ командира имеет и большую дальность действия при достаточно широком угле поля зрения, правда, меньшем, чем у ПНВ вождения. Поскольку требования по значительной дальности действия и широкому углу поля зрения противоречат друг другу, то обычно принимается компромиссное решение: в указанных выше условиях дальность распознавания автомашины составляет 600 – 800 м при угле поля зрения 10 – 150 и при увеличении 5 – 6х.

ПНВ наводчика должен обеспечивать максимально возможную дальность распознавания и обеспечение стрельбы по цели на этой дальности. В связи с этим дальность распознавания автомашины в указанных выше условиях для ПНВ наводчика составляет 1200 – 2000 м при угле поля зрения 6 – 80 и при увеличении 10 – 12х.

Очень часто ПНВ командира и наводчика выполняют комбинированными: кроме ночного канала на базе ЭОП они содержат дневной канал наблюдения и прицеливания. Обычно в ПНВ наводчика дневной канал содержит лазерный дальномер.

Все три типа ПНВ – пассивно-активные. Их основной режим работы – пассивный (без подсвета). Однако в очень темные ночи ПНВ могут работать в активном режиме с подсветом инфракрасным (ИК) излучением осветителей-прожекторов. Последние могут быть многофункциональными приборами. Это означает, что их используют не только для ИК-подсвета, но и для работы в белом свете, в том числе и с целью создания мощных световых помех оптическим и оптико-электронным средствам противника.

ПНВ на базе ЭОП являются наиболее дешевыми, простыми и надежными приборами. Однако за последние десятилетия появились и телевизионные (ТВ) приборы. На их базе создают дневные ТВ-каналы, а также и ночные – НТВС. Первоначально НТВС строились на основе ЭОП, стыкованных с суперкремниконом. В настоящее время в дневных ТВ-каналах используются ТВ-камеры на основе цветных или черно-белых матриц ПЗС. В НТВС используются гибридно-модульные преобразователи изображений (ЭОП + черно-белая матрица ПЗС) [4]. ТВ-каналы по сравнению с оптическими дневными каналами и соответственно ночными каналами на базе ЭОП имею ряд преимуществ:

— дистанционная передача изображений;
— более эффективное подавление световых помех;
— возможность дублирования изображения на нескольких ТВ-мониторах для каждого члена экипажа бронемашины либо для наблюдателя-оператора за ее пределами;
— обработка изображения в реальном масштабе времени, его микширование с тепловизионным изображением и изменение электронного увеличения как для всего изображения в целом, так и для отдельных его фрагментов;
— автоматическая фокусировка объектива и регулировка яркости изображения в широких пределах;
— удобство введения в электронный канал разнообразной цифровой, символьной и буквенной информации с последующим ее оперативным обновлением;
— простота стыковки с тепловизионными радиолокационными каналами наблюдения.

Однако ТВ-системы имеют и определенные недостатки:

— более высокая стоимость по сравнению с дневным и ночным каналом на базе ЭОП соответственно;
— снижение по сравнению с указанными каналами качества изображения.

В связи с этим чаще всего используется сочетание дневного оптического канала с каналом на базе ЭОП. В тех случаях, когда используют дневной ТВ-канал, часто используется и дублирующий оптический дневной канал.

Во всех этих каналах резко снижается возможность наблюдения и прицеливания при ухудшении прозрачности атмосферы (дымка, туман, дождь, снегопад и пр.) и при воздействии интенсивных световых помех (излучение ИК-прожекторов, фар, вспышки взрывов, выстрелов, излучение трассеров, пламя пожаров и пр.). В связи с этим появились АИ ПНВ [5]. Они обеспечивают работоспособность в указанных условиях. Кроме того, они позволяют с высокой точностью измерять дальность до объекта наблюдения, обеспечивают видение малоконтрастных объектов и их обнаружение по бликам от оптических и оптико-электронных средств этих объектов. Недостатком АИ ПНВ является ограниченность их поля зрения при работе в АИ-режиме, невозможность ведения поиска в этом режиме. Поэтому применение АИ ПНВ наиболее целесообразно в составе приборного комплекса, содержащего дополнительный канал поиска и обнаружения.

Все рассмотренные приборы являются частью системы управления огнем бронемашины. В состав этой системы входят различные датчики (скорости и направления ветра, температуры, давления, скорости движения бронемашины, ее координат и пр.), а также бортовой компьютер, который на основе показаний этих датчиков, сигналов о дальности до объекта наблюдения, получаемых от лазерного дальномера, данных о выбранном типе боеприпаса автоматически подготавливает исходные данные для ведения огня. Наводчику остается только удерживать на наблюдаемой цели прицельную марку и открыть огонь. Однако рассмотрение подобных систем выходит за рамки настоящей статьи.

Остановимся на отдельных типах ПНВ для бронемашин. Параметры типичных ПНВ вождения представлены в табл. 1. Все приборы являются перископическими, как, впрочем, и другие ПНВ для бронемашин на базе ЭОП. В зависимости от типа бронемашины перископичность может составлять 170 220 мм. ПНВ вождения могут быть выполнены по бино- и по биокулярной схеме. Бинокулярная схема используется реже. Она предусматривает наличие двух идентичных ночных каналов и жесткое расположение лица водителя по отношению к окулярам. Биокулярная схема предусматривает наличие лупы большого диаметра, обеспечивающей возможность одновременного наблюдения изображения двумя глазами. Такое решение позволяет водителю более свободно располагаться по отношению к прибору.

Таблица 1. Основные параметры ночных приборов вождения бронемашин ( по данным проспектов фирм)

Некоторые ПНВ вождения представляют собой комбинацию ночного и дневного каналов. Например, модель ТВК-1 (ПО ГУП “НПЗ”, РФ) имеет два канала с увеличением 1х. При этом угол поля зрения ночного канала составляет 22,5х27,50, ночного канала – 11х310. Прибор содержит также призменное смотровое устройство с углом поля зрения 38х1200.

Фокусировка ПНВ колеблется в пределах от 4 – 15 м до ?. Диоптрийная регулировка может осуществляться в пределах ± 3 диоптрии, (-6) – (+2) диоптрии либо оставаться без регулировки в пределах (-1) – (±0,5). Приборы допускают вождение бронемашин в ночное время суток со скоростью до 40 км/час. Разрешающая способность ПНВ составляет обычно 1,2 – 1,3 мрад. Некоторые ПНВ допускают обзор по азимуту в пределах от ±200 до ±450. Типичная схема ПНВ вождения дана на рис. 1, внешний вид некоторых ПНВ вождения представлен на фото 2.

Рис. 1. Типичная схема ПНВ вождения

а)

б)

в)

г)
Фото 2. Внешний вид типичных ПНВ вождения: а ТВН-5 (ОАО “ЛЗОС”, РФ); б – AN/VVS-2(V) (Litton, США); в CN-2-55 (Sopelem, Франция); г – характер расположения ПНВ вождения DND-5 (SAGEM, Франция) внутри бронемашины; отчетливо видна биокулярная лупа со срезанными верхним и нижним сегментами

ПНВ командира обычно выполняются комбинированными. Они содержат дневной и ночной каналы. Основные параметры типичных ПНВ командира приведены в табл. 2. Чаще всего они бывают бинокулярными. Фокусировка ПНВ командира бывает в пределах (10 – 20) м – µ. Диоптрийная регулировка осуществляется в пределах ± (3 – 5) диоптрий. Разрешающая способность ПНВ составляет 0,3 мрад. ПНВ командира допускают обзор по азимуту в пределах 3600, а по углу места цели – в пределах (-10 – 20)0 – (+30 – 40)0. Типичная схема ПНВ командира дана на рис. 2, внешний вид некоторых типичных ПНВ командира – на фото 3. Некоторые ПНВ содержат лазерный дальномер и имеют гиростабилизацию. В частности, ТВ-приборы HL-70 (HL-80) фирмы SAGEM (Франция) и CCS фирмы Electro Optic Systems Pty Ltd Австрия) имеют встроенный лазерный дальномер с длиной волны 1,54 мкм, которая считается безопасной для зрения. ПНВ SP-T-694 фирмы Officine Galileo (Италия) и HL-70 (HL-80) имеют гиростабилизацию головного зеркала с точностью до 0,03 мрад. Дневной канал большинства ПНВ не телевизионный, а оптический. Это вызвано не только меньшей стоимостью и большей простотой оптического канала, но и более высоким его качеством изображения.

Таблица 2. Основные параметры ночных приборов командира (по данным проспектов фирм)

Рис. 2. Типичная схема ПНВ командира:
1 – объектив ночного канала;
2 – ЭОП;
3 – окуляр ночного канала;
4 – дневной канал

а)

б)

в)

г)

д)
Фото 3. Внешний вид типичных ПНВ командира: а ТКН-1М (ГУП ПО “НПЗ”, РФ); б – ТКН-3М (ГУП ПО “НПЗ”, РФ); в – NV46 (та же фирма); г – No 37 mk 4AV (AVIMO, Великобритания); д – M36E1 (Optic Electronic Corp., США)

Говоря о ТВ-приборах для бронемашин, следует упомянуть наиболее раннюю модель PZB-200 фирмы Telefunken (Германия) [6]. ТВ-камера этого ночного прицела наводчика была выполнена на основе ЭОП, стыкованного с суперкремниконом. ТВ-камера устанавливалась на маске пушки танка Leopard 1, а ТВ-монитор с линейным размером поля зрения 90х120 мм вместе с пультом управления – на рабочем месте наводчика. ТВ-камера работала в диапазоне освещенностей 10-4 – 10 лк. В дальнейшем прибор PZB-200 был дополнительно оснащен ТПВ-прибором. Такой комплекс получил название IRS100 PZB-200/IRS100. Наличие дополнительного ТПВ-канала обеспечивало работу комплекса в широком диапазоне изменения внешних условий. ТВ- и ТПВ-камеры комплекса были установлены на маске пушки танка. ТПВ-прибор IRS100 содержал фотоприемное устройство на базе PbSe и работал в области спектра 3 – 5 мкм. Уже упоминавшиеся приборы HL-70 (HL-80) и CCS были выполнены на базе ЭОП третьего поколения, стыкованного с матрицей ПЗС. На базе ЭОП + матрица ПЗС был выполнен и ночной прицел Vingoye фирмы Vinghog (Норвегия) для бронемашин армии США (фото 4а, б) [7]. Матрица ПЗС с форматом 1/3 дюйма содержит 768х494 или 752х582 пикселей. Ее чувствительность равна 6х10-3 лк, разрешающая способность 570 ТВ-линий, динамический диапазон 36 дБ. В ТВ-камере объектива использован объектив с переменным фокусным расстоянием. Он позволяет плавно изменять угол поля зрения в пределах от 2° до 45°.Увеличение ТВ-системы (с помощью дополнительного электронного изменения масштаба изображения) может регулироваться в пределах от 1 – 30х. Пределы фокусировки составляют 1,8 м – µ. Точность стабилизации линии визирования составляет ± 1 пиксель. ТВ-камера питается от постоянного напряжения бортсети 16 – 36 В и имеет энергопотребление 22 Вт в диапазоне рабочих температур (-40) – (+70)° С. Масса ТВ-камеры составляет 2,6 кг, габариты 143х138х280 мм.

а)

б)

в)

Фото 4. Внешний вид ТВ-систем для бронемашин: а Vingoye (VINGHOG AS, Норвегия); б – она же на бронемашине; в RVC-01 (SEKAI, США); г – вид местности, изображаемой с помощью этой ТВ-системы

Оригинальную ТВ-систему RVC-01 для механика-водителя разработала фирма SEKAI Electronics Ltd. (США (фото 4в) [8]. Прибор выполнен на базе черно-белой матрицы ПЗС формата 1/3 дюйма с числом пикселей 512х492. Минимальная рабочая освещенность составляет 0,05 лк, угол поля зрения по горизонту 720, по вертикали – 540. Генератор символов ТВ-камеры создает в поле зрения ТВ-монитора ряд отметок (фото 4г). Горизонтальные штрихи слева и справа соответствуют дальности 3 м и служат для регулировки положения оси ТВ-камеры при ее монтаже в кормовой части бронемашины. Три пары светлых точек указывают поперечный габарит бронемашины на дальностях соответственно 5, 10, 15 м. Динамический диапазон ТВ-камеры равен 63 дБ. Диапазон рабочих температур составляет (-46) – (+71)0 С, габариты ТВ-камеры – 114х256х165 мм, ее электронного блока – 260,35х160,3х92 мм.

Для ТВ-систем бронемашин был разработан целый ряд малогабаритных ТВ-мониторов, работающих в жестких условиях. Их основные параметры приведены в табл. 3, внешний вид типичного ТВ-монитора – на фото 5. ТВ-мониторы могут быть выполнены как на основе черно-белых или цветных электронно-лучевых трубок (ЭЛТ), так и в виде плоских панелей на основе жидкокристаллических матриц (ЖКМ) [9 – 12]. ТВ-мониторы обладают достаточно высокими эксплуатационными характеристиками. В частности, они работают при повышенной влажности до 98% при температуре окружающей среды до 300 С, выдерживают вибрации с ускорением 5g в диапазоне частот 1 – 500 Гц, одиночные удары с ускорением 150g и многократные удары с ускорением 15g [10, 11].

Таблица 3. Основные параметры ТВ-мониторов ТВ-систем для бронемашин

Фото 5. ТВ-монитор для бронемашин ВМ9-37В
(КБ “Дисплей”, Беларусь)

Рассмотрим теперь АИ ПНВ для бронемашин. Научно-технические основы создания АИ ПНВ были разработаны в ГУП “НПО “Орион” [5]. АИ ПНВ для бронемашин могут быть представлены исторически первым серийным прибором 1ПН61 для боевых разведывательных машин “Нард” и “Рысь” [13 – 15]. Прибор позволял осуществлять наблюдение ночью в ухудшенных условиях видимости и обеспечивал измерение дальности до объекта наблюдения. АИ ПНВ 1ПН61 использовался в комплексе с ТПВ-прибором 1ПН71 [12, 13]. Это расширило его поисковые возможности на предельных дальностях видения. АИ ПНВ 1ПН61 (фото 6а) имеет увеличение 7х, угол поля зрения в пассивном режиме 3,70, в активно-импульсном режиме 1х0,50, дальность распознавания в пассивном режиме 1,3 км, в активно-импульсном режиме 2,5 км, обеспечивает измерение дальности в диапазоне 0,5 – 5 км [12]. Габариты АИ ПНВ 1ПН61 составляют 750х538х395 м, масса 80 кг. АИ ПНВ выполнен на базе 3-модульного импульсного ЭОП первого поколения и 2-модульного лазерного осветителя на основе импульсных лазерных полупроводниковых излучателей ИЛПИ-110 с длиной волны 0,85 мкм. АИ ПНВ командира ТКН-АИ (табл. 2, фото 6б) использует ЭОП поколения II+ и одномодульный лазерный осветитель на базе ИЛПИ с длиной волны 0,85 мкм. АИ ПНВ может обнаруживать объекты наблюдения по бликам на дальности до 3 км [16]. АИ ночной танковый прицел-дальномер LEM CE 624 фирмы Eltro (Германия) для танка Leopard-1 обеспечивал дальность видения до 2 км при работе в активно-импульсном режиме и измерение дальности с точностью ±10 м [17] (фото 6в).

а)

б)

в)
Фото 6. АИ ПНВ для бронемашин: а – 1ПН61 (ГУП ПО НПЗ”, РФ); б – ТКН-АИ (то же); в – LEM CE 624 (Eltro, Германия)

ПРОДОЛЖЕНИЕ СТАТЬИ ЧИТАЙТЕ В СЛЕДУЮЩЕМ НОМЕРЕ

Литература

1. Волков В.Г. Наголовные приборы ночного видения.//Специальная техника, 2002, №5, с. 2 – 15.
2. Волков В.Г. Ночные приборы наблюдения.//Специальная техника, 2004, 4, с. 2 – 15.
3. Волков В.Г. Приборы для вождения спецтехники в ухудшенных условиях видимости.//Специальная техника, 2003, №2, с. 2 – 14.
4. Волков В.Г. Сверхвысокочувствительные телевизионные системы.//Специальная техника, 2002, 4, с.2 – 11.
5. Волков В.Г. Активно-импульсные приборы ночного видения.//Специальная техника, 2002, №3, с. 2 – 11.
6. PZB-200 Infrarot TV Nacht Vision Einrichtung. Проспект фирмы Telefunken, ФРГ, 1980.
7. CCD Camera Vingoye. Проспект фирмы VINGHOG AS, Норвегия, 2004.
8. Video Systems for Armored Vehicles. Проспект фирмы SEKAI, США, 2004
9. .Микромонитор “ММН-2”. Проспект ОКБ ТЕКОН-ЭЛЕКТРОН”, Украина, 2003.
10. Видеосмотровое устройство “ВСУ – 4”. Проспект ОКБ “ТЕКОН-ЭЛЕКТРОН”, Украина, 2003.
11. Каталог КБ “Дисплей”. Разработка и производство изделий для работы в жестких условиях эксплуатации: видеомониторов на плоских панелях, видеомониторов на электронно-лучевых трубках, панельных ЭВМ. Беларусь, г. Витебск, 2004.
12. Изделия спецтехники. Каталог ГУП ПО “НПЗ”, РФ, Новосибирск, 2004.
13. Herskovitz D. A Sampling of Military Displays. Journal of Electronic Defense? 2001, Vol. 24, No. 1, pp. 61 – 65.
14. Прокопович А. Боевая разведывательная машина Рысь”. Военный парад, 1995. Июль – август, с.86 – 88, 169 – 170.
15. Приборы для бронетанковой техники. Проспект ГУП ПО “НПЗ”, РФ, Новосибирск, 2004.
16. Модернизация приборов для командиров БТТ. Проспект ГУП ПО “НПЗ”, РФ, Новосибирск, 2004.
17. Eltro optronisches know how. Проспект фирмы Eltro Optronics, ФРГ, 1985.
18. Day/Night Sight for Scorpion CVR (T) ARGUS SS 125/126. Проспект фирмы Rank Precision Industries, Великобритания, 1990.
19. Image-Intensifier Goggles BM 8028. Проспект фирмы Philips, Нидерланды, 1995.