Расширение функциональных возможностей приборов ночного видения на базе унифицированных модулей..
ГОЕВ Александр Иванович,
кандидат технических наук
РАСШИРЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПРИБОРОВ НОЧНОГО ВИДЕНИЯ НА БАЗЕ УНИФИЦИРОВАННЫХ МОДУЛЕЙ
В настоящее время приборы ночного видения (ПНВ) активно применяются при проведении специальных и антитеррористических операций, для охраны объектов, обеспечения работы пограничных и таможенных служб, правоохранительных органов. В связи с этим проблема модернизации ПНВ всегда будет носить актуальный характер.
В работе [1] рассмотрены главные принципы модернизации ПНВ и показан метод ее количественной оценки.
Рассмотрим теперь основные направления модернизации ПНВ на базе применения унифицированных модулей. Создание таких модулей весьма удобно с производственной точки зрения, а их применение позволит сравнительно просто модернизировать ПНВ практически без серьезной конструктивной переработки.
Значительных успехов в этом направлении достигла фирма Litton (США) [2]. Она разработала целый ряд унифицированных модулей объективов, окуляров, адаптеров и различных приспособлений, позволяющих сравнительно просто приспособить ПНВ к новым функциям применения. В качестве базового модуля использовался ночной монокуляр М944, выполненный на основе ЭОП III поколения [3].
На рис. 1 показана схема модернизации ПНВ на базе 4 унифицированных модулей, выполненная фирмой Litton [2], где:
1 – объектив с фокусным расстоянием f = 27 мм, относительным отверстием О = 1:1,2;
2 – объектив с f = 75 мм, О = 1:1,3;
3 – стандартные объективы для телевизионных (ТВ) камер с f = 25 мм, О = 1:1,4; f = 75 мм, О = 1:1,3, объектив ZOOM c переменным фокусным расстоянием f = 7,5 – 75 мм, О = 1:1,8;
4 – стандартные фотообъективы;
5 – адаптер под крепление объективов для ТВ-камер;
6 – адаптер для крепления фотообъективов 4;
7 – корпус монокуляра М944, содержащий электронно-оптический преобразователь (ЭОП), систему его питания и органы управления; посадочные поверхности корпуса 7 стыкуются с модулями объективов 1 – 4, окуляров 8 и линзы-реле 9, 10;
8 – окуляр с увеличением 10Х;
9 – линза-реле, передающая изображение в масштабе 1:1 с экрана ЭОП в видеокамеру (или в ТВ-камеру) 10 формата 1 или 2/3 дюйма с помощью адаптера 11 или в фотокамеру 12 с помощью адаптера 13;
14 – линза-реле, передающая изображение в масштабе 1:0,67 в видеокамеру (или в ТВ-камеру) 15 формата 2/3 или 1/2 дюйма;
16 – защитный щиток;
17 – окуляр с защищенным выходом;
18 – рукоятка для удержания ПНВ в руке;
19 – тренога;
20 – ремень для крепления ПНВ в транспортном средстве;
21 – жесткий кейс для укладки всего комплекта ПНВ вместе с ЗИП;
22 – сумка для переноски собственно ПНВ;
23 – светофильтр для обеспечения работы днем в целях проверки работоспособности ПНВ;
24 – защитное стекло для предохранения входной оптической поверхности объектива ПНВ от механических повреждений;
25 – блок батарей питания;
26 – патрон осушки.
Рис. 1. Схема модернизации ПНВ на базе 4 унифицированных модулей, выполненная фирмой Litton.
При этом можно выделить три класса схем модернизации ПНВ на базе унифицированных модулей.
На рис. 2 представлена схема многофункционального ПНВ на базе единого его корпуса, в котором могут быть установлены взаимозаменяемые ЭОП поколений II+, II++, III, IV [3,4}, а также с которым могут быть сопряжены сменные модули объективов, окуляров, линз-реле для стыковки ПНВ с ТВ-камерами и фотокамерами, различные принадлежности для обеспечения разносторонней эксплуатации ПНВ. Такой унифицированный ПНВ допускает прямое наблюдение и прицеливание, фото- и видеосъемку, установку на любом носителе.
На рис. 3 представлена схема класса пассивно-активных ПНВ, работающих в традиционной (0,4 – 0,9 мкм), а также в перспективной ближней ИК-области спектра (1 – 1,8 мкм). При этом ПНВ должны работать главным образом в пассивном режиме (без подсвета), но при резко сниженных уровнях освещенности и в полной темноте – в активном режиме (с подсветом). Этот режим реализуется за счет применения унифицированных осветителей на базе ИК-полупроводниковых лазерных излучателей и ИК-светодиодов, работающих в непрерывном режиме. Для работы ПНВ на повышенных дальностях при наличии малых углов подсвета (порядка 1? и менее) используются лазерные, в остальных случаях – светодиодные излучатели. Если стоит задача не только видения в темноте, но и работы при пониженной прозрачности атмосферы (дымка, туман, дождь, снегопад и пр.), при воздействии световых помех в сочетании с необходимостью точного измерения дальности до объекта наблюдения, то используется активно-импульсный режим работы [7].
Для его реализации требуется применение унифицированных осветителей на базе ИК-импульсных лазерных полупроводниковых излучателей или импульсных ИК-светодиодов, а в самом ПНВ необходимо введение блока стробирования [7], управляющего синхронной работой осветителя и ПНВ. Подробно принцип работы ПНВ в активно-импульсном режиме изложен в [7].
На рис. 4 представлена схема класса многоканальных комплексированных унифицированных приборов, работающих в видимой, ближней ИК, тепловой (3 – 5 или 8 – 14 мкм) и в радиочастотной (миллиметровой) областях спектра. Такая схема позволяет реализовать круглосуточный и всепогодный режим работы, т.к. недостатки одних каналов компенсируются возможностями других [7], точное измерение дальности до объекта наблюдения, его координат и температуры.
В частности, сочетание ПНВ с дневным визиром позволяет обеспечить круглосуточное наблюдение, с тепловизионным прибором – дополнительно всепогодную работу, дистанционное измерение температуры и ее распределения по поверхности объекта наблюдения, с радиолокационной станцией обнаружение объекта наблюдения в сложных условиях видимости, измерение его координат и дальности до него, лазерного дальномера круглосуточное наблюдение и точное измерение дальности, пирометра – дистанционное измерение температуры (в сочетании с круглосуточным наблюдением, если в состав пирометра входит дневной визир).
При реализации этих схем следует принять во внимание стоимость их основных унифицированных модулей. По данным на апрель 2002 г., взятым из сети Internet, стоимость наиболее важных модулей составляет:
- объективов линзовых с постоянным фокусным расстоянием – $50 – 300;
- объективов с переменным фокусным расстоянием – $200 – 3000;
- ЭОП поколения II+ – $400 – 600, поколения III – $1500 – 1800, поколения IV – до $10000;
- окуляров – 10 – $30;
- светодиодных излучателей – $1 – 5;
- лазерных полупроводниковых излучателей – $100 – 400;
- объективов формирования излучения – $5 10;
- блоков накачки – $20 – 30;
- блоков стробирования – $150 – 300;
- пирометров – $200 – 400;
- портативных лазерных дальномеров – $500 1000;
- тепловизионных приборов – $5000 – 30000;
- портативных радиолокационных станций $3000 – 5000;
- дневных визиров – $100 – 300.
Исходя из таких цен, можно составлять в каждом конкретном случае из унифицированных модулей такой ПНВ, который обладает максимальным отношением стоимость/эффективность.
Для многофункционального ПНВ первого класса по схеме (рис. 1) имеем:
1 – корпус ПНВ, содержащий взаимозаменяемые модули ЭОП поколений II+, III, IV со встроенным высоковольтным источником питания (ВИП);
2 – взаимозаменяемые линзовые объективы с постоянным фокусным расстоянием f = 20, 25, 50, 80, 100, 150, 200 мм и относительным отверстием 1:1,2 – 1:1,4 либо взаимозаменяемые линзовые объективы ZOOM c фокусным расстоянием 15 – 150 мм, 20 – 300 мм и относительным отверстием 1:1.4;
3 – взаимозаменяемые зеркально-линзовые объективы с фокусным расстоянием 100, 150. 200, 250 и 300 мм и эффективным относительным отверстием 1:1,2;
4 – стандартные фотообъективы с постоянным или переменным фокусным расстоянием [5], стыкуемые с корпусом 1 с помощью адаптера 5;
6 – стандартные объективы [6] с постоянным и с переменным фокусным расстоянием для ТВ-камер, стыкуемых с корпусом 1 с помощью адаптера 7,
8 – фильтр КС-17, КС-19 (для повышения контраста в изображении), светофильтр CdTe:Zn [7] и кремниевый светофильтр [7] для работы при подсвете излучением ИК-лазеров и светодиодов; светофильтры стыкуются с корпусом 1 и с объективами 2 – 6 с помощью адаптера 9;
10 – резиновые крышки с отверстиями малого диаметра (для линзовых объективов – одно отверстие в центре крышки, для зеркально-линзовых – три отверстия по периферии на равных угловых расстояниях друг от друга) для настроечных работ в дневное время суток;
11 – заглушка, закрывающая входную часть корпуса 1 в случае отсутствия объектива;
12 – первичный источник питания (аккумуляторные батареи на 3, 6, 9 или 12 В постоянного тока), через соответствующий преобразователь 13 напряжения подключенный к ЭОП в корпусе 1;
14 – заглушка, закрывающая входную часть корпуса 1 в случае отсутствия окуляра или линзы-реле;
15 – биокулярная лупа с увеличением 5Х и с наглазником 16 – для преобразования ПНВ в ночной бинокль;
17 – псевдобинокуляр с увеличением 10Х и с двумя наглазниками 18 под правый и левый глаз соответственно – для преобразования ПНВ в очки ночного видения или в ночной прибор наблюдения с повышенной дальностью действия;
19 – окуляр прицела с увеличением 10Х, с наглазником 20, содержащий прицельную марку с устройством ее подсвета, механизмом ее выверки по двум координатам и обладающий значительным удалением выходного зрачка (порядка 50 мм);
21 – окуляр с увеличением 10Х или 12Х с наглазником 22 для обычного ПНВ наблюдения ночного монокуляра;
23 – линза-реле с масштабом изображения 1:0,5 для стыковки ЭОП в корпусе 1 через адаптер 24 с ТВ-камерой 25 формата 1/3 или 1/2 дюйма;
26 – линза-реле с масштабом изображения 1:1 для стыковки ЭОП в корпусе 1 через адаптер 27 с ТВ-камерой 28 формата 2/3 или 1 дюйм;
29 – фотокамера, стыкуемая с ЭОП в корпусе 1 через адаптер 30 и линзу-реле 26;
31 – маска лицевая, крепящаяся к оголовью 32 для установки ПНВ на голове оператора;
33 – ремень для подвешивания ПНВ на поясе и для его монтажа внутри транспортного средства;
34 – рукоятка для удержания ПНВ в руке;
35 – крюк резьбовой для крепления ПНВ к дереву;
36 – кронштейн для крепления ПНВ к стенке или внутри транспортного средства;
37 – адаптер для установки ПНВ в качестве прицела на оружии;
38 – стандартный фотографический штатив;
39 – лимб для обеспечения поворота ПНВ по азимуту и по углу места цели при монтаже ПНВ на штативе 38 или треноге 40;
41 – рычаг для поворота ПНВ по азимуту и по углу места цели при установке ПНВ на штативе 38 или треноге 40;
42 – чехол для ПНВ;
43 – мягкая укладочная сумка для переноски ПНВ с места на место;
44 – жесткий кейс для размещения в нем ПНВ со сменными модулями и ЗИП 45;
46 – патрон осушки.
Рис. 2.
Для класса пассивно-активных многофункциональных ПНВ по схеме (рис. 3) имеем:
1 – корпус ПНВ; на данной схеме для простоты опущены модули по рис. 2, которыми может быть оснащен ПНВ;
2 – осветитель светодиодный, работающий в непрерывном режиме;
3 – объектив формирования излучения [7] для сужения угловой расходимости излучения светодиода (его может и не быть, т.к. существуют светодиоды со встроенной линзой, обеспечивающей углы расходимости 5?, 10?, 15? [8]);
4 – ИК-светодиод (можно использовать светодиоды, работающие и в видимой области спектра, например, зеленой для функционирования ПНВ под водой) [8];
5 – первичный источник питания (аккумуляторные батареи);
6 – преобразователь-стабилизатор напряжения;
7 – осветитель лазерный, работающий в непрерывном режиме [9];
8 – объектив формирования излучения;
9 – лазерный полупроводниковый излучатель, работающий в непрерывном режиме [9];
10 – первичный источник питания;
11 – блок накачки;
12 – кронштейн для крепления осветителей 2 и 7 к корпусу 1 ПНВ;
13 – пульт управления (при необходимости) для включения осветителей и регулировки их энергетической силы света;
14 – осветитель светодиодный, работающий в импульсном режиме;
15 – объектив формирования излучения [7] (его может и не быть);
16 – ИК-светодиод;
17 – первичный источник питания;
18 – преобразователь-стабилизатор напряжения;
20 – объектив формирования излучения;
21 – импульсный лазерный полупроводниковый излучатель [9];
22 – первичный источник питания;
23 – блок накачки;
24 – кронштейн для крепления осветителей 14, 19 к корпусу 1 ПНВ;
25 – блок стробирования для обеспечения синхронной импульсной работы ПНВ и осветителей 14, 19;
26 – пульт управления, содержащий тумблеры включения и индикаторы режимов работы (пассивного, активно-непрерывного, активно-импульсного), индикатор дальности, различные органы управления.
Рис. 3.
Для третьего класса многофункциональных комплексированных приборов по схеме (рис. 4) имеем:
1 – корпус ПНВ (рис. 2, 3);
2 – пирометр, например, “Термотест 3П” [10] с адаптером 3 для крепления к корпусу 1 ПНВ;
4 – портативный лазерный дальномер, например, ДЛ-10 [11], с адаптером 5 для крепления к корпусу 1 ПНВ;
6 – портативная радиолокационная станция, например, “Спидган” [12] с адаптером 7 для ее крепления к корпусу 1 ПНВ;
8 – малогабаритный тепловизор, например, ТН-4604МП [13] с адаптером 9 для крепления к корпусу 1 ПНВ;
10 – дневной визир, например, ПО 4х34 [14] с адаптером 11 для крепления к корпусу 1 ПНВ;
12 – пульт управления (при необходимости) для управления комплексированным прибором.
Рис. 4.
Такой подход к построению приборов, как следует из схем рис. 2, 3, 4 обладает достаточной гибкостью, обеспечивает возможность адаптации ПНВ как к широкой области применения, так и к круглосуточной и всепогодной работе в сочетании с многофункциональностью.
Литература
- Гоев А.И. Модернизация приборов ночного видения. Специальная техника, 2002, № 2, с. 11 – 14.
- Litton M944 Gen 3 Modular Night Vision System. Проспект фирмы Litton Electron Devices, США, 1990.
- Саликов В.Л. Приборы ночного видения: история поколений. Специальная техника, 2000, № 2, с. 40 – 48.
- Волков В.Г. Приборы ночного видения новых поколений. Специальная техника, 2001, № 5, с. 2 8.
- Фотографическая оптика. Проспект ОАО КМЗ, РФ, г. Красногорск Моск.обл., 2001.
- Объективы для телевизионных камер. Каталог фирмы Computar, Япония, 2002.
- Гейхман И.Л., Волков В.Г. Основы улучшения видимости в сложных условиях. М., Недра-Бизнесцентр”, 1999.
- Полупроводниковые излучающие диоды Проспект НПЦ ОЭП “ОПТЭЛ”. М., 2002.
- Лазерные полупроводниковые излучатели. Каталог НИИ “Волга”, РФ, г. Саратов, 1992.
- Семейство инфракрасных пирометров. Проспект МНПО “Спектр”, РФ, М., 2002.
- Оптические устройства и приборы. Каталог Беломо. Беларусь, Минск, 2002.
- Неохлаждаемые тепловизоры “ТН-4604МП” и ТН-4604МБ”. Проспект НИИИ МНПО “Спектр”, РФ, М., 2002.
- РЛС многофункциональная “Спидган”. Проспект СПб НПП “Синтез”. РФ, Санкт-Петербург, 2001.
- Прицелы оптические ПО 4х34, ПО 3-9х39, ПО 4,5-13х56. Проспект ПО ЗОМЗ, РФ, Сергиев Посад, 2001.