Технология наблюдательных приборовдень/ночь”..

Технология наблюдательных приборовдень/ночь”..

ТЕХНОЛОГИЯ НАБЛЮДАТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ ДЕНЬ/НОЧЬ”  

Для проведения спецопераций необходимы приборы, обеспечивающие круглосуточное наблюдение. Вопросы построения прицелов “день/ночь” уже рассматривались в работе [1]. Здесь излагаются более общие принципы создания и описываются конкретные технические решения приборов наблюдения “день/ночь”. Эти приборы могут быть в наголовном, носимом, переносном и возимом исполнении.

В качестве наголовных приборов день/ночь” используются очки ночного видения, обеспечивающие круглосуточное наблюдение. Они имеют увеличение 1х. При наблюдении в ночных условиях оператор видит изображение сцены в ночном канале, содержащем электронно-оптический преобразователь (ЭОП). Одновременно с помощью либо призменной окулярной системы, как в очках ночного видения Nights Cat [2] либо AN/AVS-502, либо с помощью голографических” зеркал, как в очках HNV-1 или HNV-3D [2] оператор может наблюдать непосредственно изображение сцены, минуя ночной канал. Так осуществляется “сквозное видение”. При резком возрастании уровня внешней освещенности или при воздействии интенсивных световых помех (вспышки выстрелов, взрывов, пламя пожаров, свет фар и пр.) ночной канал отключается, и оператор непосредственно наблюдает сцену “сквозным видением”.

Однократное наблюдение удобно, когда приходится водить транспортное средство. Однако для ведения разведки целесообразно, чтобы дневной канал имел бы увеличение по крайней мере 5 – 7х. В связи с этим фирма Thomson-TRT (отделение фирмы Thomson-CSF) разработала псевдобинокулярные дневно-ночные очки NUIT-UGO [3] (фото 1, рис. 1). Основные параметры прибора даны в табл. 1. Разрешающая способность ночного канала при угле поля зрения 400, увеличении 1х составляет 1,5 мрад/штр/мм. При установке на объектив прибора телескопической насадки с увеличением 3х ночной канал приобретает такое же увеличение, угол поля зрения 130, разрешающую способность 0,6 мрад/штр/мм [3].

а) прибор; б) телескопическая насадка
Фото 1. Дневно-ночные очки NUIT-OGO:

Рис. 1. Оптическая схема дневно-ночных очков NUIT-OGO, где 1 – объектив ночного канала, 2 – ЭОП, 3 окулярная система, 4 – объектив дневного канала, 5 оборачивающая призменная система дневного канала, 6 – дихроичное зеркало

Таблица 1. Основные параметры приборов “день/ночь” (по данным проспектов фирм)

Примечание.
1. D – дальность распознавания человека (ч), танка (т), м;
2. Е – естественная ночная освещенность, лк;
3. 2w – угол поля зрения, град;
4. Г – увеличение, крат;
5. Диоптр. – пределы диоптрийной установки, диоптр;
6. U – напряжение питания, В;
7. п – пассивный режим, а – активный режим, аи активно-импульсный режим

Наиболее широко технология день/ночь” используется в наголовных дисплеях (head-up display – HUD), в нашлемных дисплеях (helmet mounted display HMD), в нашлемных прицелах (helmet mounted sight – HMS). Значительное распространение такие наголовные устройства получили в авиации для оснащения пилотов вертолетов и самолетов, а также для оснащения бойцов спецподразделений – “солдат ХХI века”.

Рассмотрим вначале авиационные наголовные приборы “день/ночь”. Один из вариантов их построения представляет собой комбинацию очков ночного видения (night vision goggle NVG) и HUD – так называемую комбинацию NVG/HUD. Характерным примером такого прибора является модель AN/PVS-502 фирмы Litton [2, 4]. В этом бинокулярном приборе кроме ночных каналов есть еще два дневных, оптически сопряженных с соответствующими ночными каналами. Дневные каналы обеспечивают периферическое “сквозное видение”. Благодаря этому в центральной части поля зрения формируется ночное изображение в угле поля зрения 400, а на периферии под каждый глаз создается дневное изображение в угле поля зрения 250. Сюда же проектируется и знако-символьная информация. Фирма GEC Marconi (Великобритания) разработала нашлемную систему день/ночь” KNIGHTHELM (фото 2) [6]. Комбинация NVG/HMD в этом приборе обеспечивает круглосуточную работу вплоть до уровня естественной ночной освещенности ЕНО = 5х10-4 лк. Угол поля зрения ночного канала составляет 400, диаметр выходного зрачка окуляра достигает 15 мм при его удалении 30 мм. Специальная призменная система обеспечивает ввод дневного поля зрения. Угол обзора по азимуту составляет ±1800, по тангажу ±900. Масса прибора не превышает 2, 4 кг [6]. На фото 2 видно, что ночные каналы на базе ЭОП третьего поколения выведены на боковые поверхности шлема. Такое техническое решение, характерное для многих приборов NUG/HUD, обеспечивает разгрузку лица оператора и оптимальное распределение массы прибора по голове, не приводящее к перегрузкам и переутомлению. В приборе Viper III той же фирмы, создавшей его совместно с фирмой Delft Sensor Systems (Нидерланды), изображение с выхода ночного канала проектируется непосредственно на щиток шлема пилота (фото 3). Угол поля зрения прибора составляет 200 или 400, диаметр выходного зрачка – 15 мм при его удалении более 70 мм, масса прибора – 1,6 кг [7]. В HUD “день/ночь” Night Viper (фото 4) фирмы Delft Sensor Systems [18] угол поля зрения в режиме “ночь” составляет 400. При этом возможно одновременное наблюдение через дневной канал правым и левым глазом по горизонту. Это увеличивает угол поля зрения в обе стороны более чем на 300. В режиме “день” угол поля зрения составляет 180х1100. Диаметр и удаление выходного зрачка те же, что и в приборе Viper III. База глаз регулируется в пределах 55 – 74 мм, масса прибора менее 2,3 кг. В приборе EF2000 (фото 5) фирмы GEC Marconi на лобовой щиток проектируется изображение с выхода ночных каналов бинокулярных очков ночного видения, информация с экрана дисплея, на который выводится изображение тепловизионного канала FLIR (Forward Looking Infrared), а сквозь щиток наблюдения, как и во всех приборах подобного типа, рассматривается дневная сцена [8]. Вертолетный прибор “день/ночь” Bell AH-1Z HMD [9] той же фирмы содержит низкоуровневую ТВ-камеру на базе ЭОП Omnibus IY [10]. Угол поля зрения ночного канала составляет 400, угол обзора по азимуту ±1800, по тангажу ±900, диаметр выходного зрачка и его удаление – как и в приборе Viper III, масса прибора менее 1,5 кг. Изображение с экрана дисплея ТВ-камеры проектируется на щиток шлема. ТВ-камера (фото 6) подавляет световые помехи и обеспечивает нормальную видимость сцены. Все перечисленные приборы имеют разрешающую способность не хуже 1 мрад.

Фото 2. Нашлемная бинокулярная система день/ночь” KNIGHTHELM

Фото 3. Прибор Viper III

Фото 4. Прибор Night Viper

Фото 5. Прибор EF 2000

Фото 6. Прибор AH-1Z HMD

Фирма Honeywell (США) [11] разработала интегрированный прибор IHADSS, который обеспечивает круглосуточную работу и выполнен в двух модификациях: для пилотирования вертолета первым пилотом и для стрельбы из оружия вертолета вторым пилотом. Внешний вид прибора дан на фото 7. В приборе изображение создается комбинированной тепло-телевизионной системой TADS/PWVS [12]. Прибор питается от бортсети ~115 В 400 Гц, потребляет мощность 460 Вт. Угол обзора по азимуту составляет ±1200, по тангажу (-70) – (+40)0. Точность целеуказания составляет 5 мрад, скорость слежения за целью – не менее 120 град/с. Угол поля зрения дисплея первого пилота составляет 400(гор) х 300(верт), а второго пилота – 50. Общая масса прибора со всеми его блоками не превышает 22 кг. При этом наголовная часть прибора весит не более 0,5 кг. На рис. 2 дана общая блок-схема прибора, где: 1 вертолет, 2 – прибор PWVS, 3 – прибор TADS, 4 управляемые ракеты, 5 – 30-мм пушка, 6 блок связи в вертолете, 7 – компьютер системы управления огнем, 8 – генератор символов, 9 электронный блок дисплеев, 10 – панель управления дисплеем, 11 – цепь управления, 12 оптический выход прицельного устройства, 13 HUD первого пилота, 14 – HUD второго пилота, 15 датчик системы позиционирования, 16 электронный блок прицела, 17 – наблюдаемое изображение сцены. Система позиционирования отслеживает положение головы пилота и синхронизирует эти данные с направлением оружия. На наблюдаемое изображение через дисплей проектируется знако-символьная и служебная информация.

Фото 7. Прибор IHADSS

Рис. 2. Блок-схема системы TADS/PWVS

Фирмы Elbit (Израиль) [13] выпускает вертолетный прибор “день/ночь” MiDASH модульной конструкции. На фото 8 показан внешний вид прибора “день/ночь” Topowl для вертолета Tiger ВВС Франции [14]. На фото 9 представлен внешний вид прибора “день/ночь” Striker HMD семейства BAE Systems для европейского истребителя [14]. Фирмой Sextant Avionique разработан прибор “день/ночь” для вертолета ЮАР [15]. Монокулярный HUD фирмы Elbit и El-Op (Израиль) предназначен для работы днем и ввода служебной информации с экрана электронно-лучевой трубки [16]. Второй глаз пилота может быть при этом оснащен ночным монокуляром. На фото 10 представлен прибор HUD Agile Eye фирмы Kaiser Electronics (США) для самолета F-16A. Угол поля зрения прибора составляет 200 [16]. На фото 11 дан интегральный HUD фирмы GEC Marcony. Он сочетает HMS Falcon Eye и очки ночного видения Cats Eyes [2]. Здесь ночные каналы также вынесены на боковые поверхности шлема [16]. На фото 12 приведен внешний вид интегральной системы “день/ночь” MONARC фирмы Honeywell (США) [16]. За последние годы угол поля зрения аналогичных приборов расширился до 135х350 [17], в то время как традиционное значение этого угла составляет 20 – 400 при массе от 1,27 до 2 кг и при типичной разрешающей способности 3,5 мрад [18]. Достижения в развитии приборов HUD “день/ночь” связаны главным образом с оптимизацией дисплеев. До недавнего времени в качестве дисплеев использовались электронно-лучевые трубки.

За последние годы серьезную конкуренцию им составили жидкокристаллические (ЖК) индикаторы [19]. Серьезных успехов при этом достигла фирма Kaiser Electro-Optics (США). Основные параметры дисплеев этой фирмы приведены в табл. 2. Внешний вид модели Pro View™ 60 дан на рис. 3. Основные параметры современных дисплеев даны в табл. 3 [22]. Создание таких дисплеев имеет огромное значение для разработки приборов “день/ночь” не только в интересах авиации, но и для сухопутных войск спецназначения – для оснащения “солдата ХХI века”. Идеология разработки его оснащения изложена в работах [24 – 34]. Из анализа этих работ следует, что “солдат XXI века” должен быть оснащен наголовной системой “день/ночь”. В качестве ночного канала используется либо ночной монокуляр [2] на базе ЭОП четвертого поколения, либо низкоуровневая ТВ-система на базе ЭОП, состыкованного с матрицей ПЗС [35], плюс дневная цветная ТВ-камера с выводом интегрированного изображения на дисплей.

Это изображение проецируется на щиток шлема солдата. На этот же щиток проецируется карта местности с обозначением на ней положения солдата и количественные данные, полученные с помощью спутниковой системы связи и необходимые для привязки огневых позиций, управления высокоточным оружием и координации действий с другими солдатами. В состав устройства может также входить магнито-резонансный датчик для измерения координат с точностью ±10 мрад [30]. При этом индивидуальное оружие оснащено тепловизионным прицелом, например, AN/PAS-13 [26], изображение с выхода которого передается в нашлемный дисплей. Благодаря этому солдат может вести огонь в любое время суток и при ухудшенных метеоусловиях. При этом солдат может вести огонь из укрытия, выставляя из него только автомат, как это показано на фото 13. Кроме тепловизионного прицела, оружие может быть оснащено ТВ-камерой, лазерным дальномером, цифровым компасом, лазерным ИК-целеуказателем, например, AN/PAQ-4C [26].

С помощью ТВ-камеры данные всех этих устройств также передаются в нашлемный дисплей. Он также оснащен датчиком, сигнализирующим об облучении солдата лазерным излучением. На рис. 4 показана экипировка “солдата ХХI века” с наголовной системой “день/ночь”, а на фото 14 индивидуальное оружие “солдата XXI века” фирмы Alliant Techsystems (США), оснащенное тепловизионным прицелом и ТВ-камерой с обеспечением круглосуточного и всепогодного прицеливания. Общая масса оптико-электронного устройства не превышает 2,4 кг при энергопотреблении 6 Вт. Дальность обнаружения человека составляет 800 м, распознавания автомашины – 1000м. Лазерный дальномер измеряет дальность до 2500 м с точностью ±1 м [31]. Такая система разрабатывается в интересах Армии США по программе Land Warrior (LW). Однако фирма Rautheon (США) создала прототип системы, который на 1,15 кг легче, чем устройство, разработанное по программе LW [31]. Таким образом, прогресс в области создания таких систем очевиден.

Фото 8. Прибор Topowl

Фото 9. Striker HMD

Фото 10. Прибор Agile Eye

Фото 11. Интегрированный HUD фирмы GEC Marconi

Фото 12. Система MONARC

Таблица 2. Основные параметры наголовных дисплеев фирмы Kaiser Electro-Optics Inc. [21, 22]

Примечание. Масса прибора включает массу шлема, оптики, ЭЛТ

Рис. 3. Прибор Pro View™ 60

Фото 13. Принцип ведения огня из укрытия,
обеспечивающий безопасность стрелка

Рис. 4. Экипировка “солдата ХХI века” с наголовной системой “день/ночь”

Фото 14. Индивидуальное оружие “солдата XXI века фирмы Alliant Techsystems

Таблица 3. Дисплеи военного назначения на базе жидкокристаллических (ЖК) или активных матриц жидкокристаллических (АМЖК) индикаторов [23, 24]

Наряду с приборами “день/ночь для “солдата ХХI века” продолжают развиваться и традиционные направления устройств день/ночь”. К ним относятся очки ночного видения и носимые приборы – бинокли, как уже описанный выше прибор NUIT-UGO фирмы Thomson-CSF. Та же фирма разработало бинокль “ночь/день” S21T для круглосуточного наблюдения целей и измерения их параметров [24]. ОАО ЗОМЗ разработало бинокль БДН день/ночь” [37]. Прибор обеспечивает стереоскопическое изображение как в дневном, так и в ночном канале (фото 15). Синхронное переключение каналов осуществляется единой клавишей. Предел разрешения в режиме “день составляет 8″, в режиме “ночь” – 100″. Прибор водонепроницаем при дожде, надежен и прост в управлении. Встроенный источник ИК-подсвета обеспечивает возможность наблюдения в полной темноте. Прибор работает при температуре окружающей среды от -30 до +350С. Остальные параметры прибора, как и прочих устройств день/ночь” на базе ЭОП, приведены в табл. 1. Портативные приборы наблюдения “день/ночь Бизон”, “Кентавр” и “Кентавр-2” (табл. 1) были разработаны в ЛОМО. Приборы выполнены на базе ЭОП первого поколения с коэффициентом преобразования 1000. Предел разрешения в приборе Бизон” составляет в режиме “день” 10″, в режиме “ночь” 3,5′, в приборе “Кентавр соответственно 10″ и 3,5′. Пределы фокусировки приборов в режиме “день” составляют 2 м – Ґ, в режиме “ночь” – 0,5 м – Ґ [38].

Фото 15. Бинокль БДН

Фирма Simrad (Норвегия) разработала прибор наблюдения “день/ночь” KDN 250F (фото 16) [39]. Он состоит из стандартных модулей: ночного канала 1 и дневного бинокуляра 2. Сопряжение этих модулей осуществляется по схеме рис. 5а, где 1 – зеркально-линзовый объектив, 2 – ЭОП поколения II+ или III, 3 окулярная система, 4 – зеркало с дихроичным покрытием, пропускающем видимую область спектра и отражающем в области спектра свечения экрана ЭОП, 5 – дневной канал. В схеме по рис. 5б переключение зеркала 4 допускает дополнительное сопряжение с прибором видеокамеры или фотоаппарата 6. По тому же принципу фирма создала прибор KDN 200, устанавливаемый на треноге [39]. Приборы могут работать непрерывно не менее 80 часов при температуре 200 С. Рабочий диапазон температур от -40 до +520С. Разрешающая способность прибора ночью составляет при освещенности 10-3 лк 1 мрад/штр/мм, а днем ограничивается только возможностями глаза. Пределы фокусировки составляют 25 м – Ґ, а пределы регулировки базы глаз – 58 – 73 мм. Остальные параметры приборов даны в табл. 1. На фото 17 представлен наблюдательный прибор “день/ночь” 1ПН54 [40]. Он предназначен для наблюдения за местностью, разведки целей, корректировки артиллерийского огня в дневное и ночное время. Прибор выполнен в виде перископа с дневной и ночной ветвями. Он может устанавливаться на треноге или в бронированной разведывательной машине типа БРДМ. Механизм наведения по вертикали и шкала для измерения углов возвышения размещены непосредственно в корпусе прибора. Механизм наведения в горизонтальной и в вертикальной плоскостях со шкалой со шкалой для измерения азимутальных углов выполнен съемным. Прибор снабжен буссолью и уровнем для горизонтирования. Органы управления обеспечивают ручную регулировку яркости сетки, фокусировку объектива ночной ветви, переключение режимов день/ночь”, включение нейтрального светофильтра в дневной ветви, закрывание заслонки объектива ночной ветви. Предусмотрена автоматическая регулировка яркости экрана ЭОП. Диапазон измерения горизонтальных и вертикальных углов составляет 60-00 и ±3-00 соответственно*. Цена деления точного отсчета 0-01. Остальные параметры даны в табл. 1.

Фото 16. Прибор KDN 250F: 1 – ночной канал; 2 – дневной бинокуляр

Фото 17. Прибор 1ПН54

Рис. 5. Оптическая схема прибора KDN 250 F

Окончание статьи читайте в следующем номере

Литература

1. Волков В.Г. Технология прицелов день-ночь”.// Специальная техника, 2001, № 4, с. 2 7.
2. Волков В.Г. Наголовные приборы ночного видения.// Специальная техника, 2002, № 5, с. 2 – 15.
3. Jumelles Jour-NUIT-UGO. Проспект фирмы Thomson-TRT, Франция, 1999.
4. Саликов В.Л. Приборы ночного видения: история поколений.// Специальная техника, 2000, № 2, с. 40 – 48.
5. Night vision device AN/PVS-502. Проспект фирмы Litton, 2000.
6. KNIGHTHELM Helmet Mounted Display. Проспект фирмы GEC-Marconi, Великобритания, 2000.
7. Viper Helmet Mounted Displays. Проспект фирмы GEC Marconi, Великобритания,2000.
8. Night Viper Pilotґs day and night helmet. Проспект фирмы Delft Sensor Systems, Нидерланды, 1999.
9. EF 2000 Integrated Display Helmet. Проспект фирмы GEC Marconi, Великобритания, 2000.
10. Bell AH-1Z Helmet mounted display. Проспект фирмы GEC Marconi, Великобритания, 2000.
11. Волков В.Г. Приборы ночного видения новых поколений.// Специальная техника, 2001, № 5, с. 2 – 8.
12. IHADSS Integrated Helmet and Dysplay Sighting System. Проспект фирмы Honeywell, США, 1999.
13. Волков В.Г. Вертолетные оптико-электронные системы наблюдения и разведки.// Специальная техника, 2001, № 3, с. 2 – 10.
14. Cook N. New HMDs are Right on Cul. Janeґs Defense Weekly, 2000, Vol.34, No.23, pp.23 25.
15. Cook N. Helicopter HMDs. Janeґs Defense Weekly, 2000, Vol.34, No.23, pp.26 – 27.
16. Beal C. Second Sight Helicopter Helmet-mounted Displays. International Defense Review, 1994, Vol.27, No.12, pp.61 – 64.
17. Wanstall B. HUD on the head for combat pilots. Interavia, 1989, No.4, pp.334 – 338.
18. Brandtberg H., Segerhammer P., Waldelof C. Head-Mounted Displays. Military Technology, 1998, Vol.22, No.10, pp.30 – 37.
19. Swetman C.B.B. Helmet-mounted displays are we jumping the gun? International Defense Review, 1994, Vol.27, No.9, pp.69 – 75.
20. Соловьева Н. Проекционные и нашлемные дисплеи. Электроника: Наука, Технология, Бизнес. 1997, № 1, с. 31 – 34.
21. Томилин М.Г. Нашлемные дисплеи. Оптический журнал, 1999, т. 66, № 6, с. 81 – 87.
22. Pro View™ Head Mounted Displays. Проспект фирмы Kaiser Electro-Optics Inc., США, 2002.
23. McCahan R.V. A Sampling of Military Displays. The Journal of Electronic Defense, 2002, Vol.25, No.4, pp.57 – 61.
24. Cutshaw C.,Q., Pengelley R. Infantry weapons aim at integration age. Janeґs International Defense Review, 2000, Vol.33, No.10, pp.46 – 53.
25. Hewish M., Pengelley R. New age Soldierung. International Defense Review, 1994, Vol.27, No.1, pp.26 – 33.
26. Future soldier advances on multiple fronts. International Defense Review, 1994, Vjl.27, No.12, pp.24 – 27.
27. US Armyґs wariors for the new century. Janeґs Defence Weekly, 1997, No.1, pp.23 24.
28. Air Land Operations. Comtiming the Evalution of US Army Fighting Doctrine. Defence, 1992, Vol.23, No.3, p.36.
29. On the Paris Catwalks. The French Initiative for a Future Combat Soldier System. Military Technology, 1994, No.7, p.64.
30. Denny S. Industry Teams Battle to Provide State of the Art Soldier. Defense News, 1994, August 29-September 4, p.36.
31. Hewish M. Wearable information tailored to battlefield. Janeґs International Defense Review, 1996, Vol.1, No.11, pp.1 – 7.
32. Hewish M., Pengelley R. Future soldier systems. Janeґs International Defense Review, 1998, No.12, pp.54 – 62.
33. Gourley S.R/ The US Soldier in the 21st century. Janeґs Defenceґ96: The world in conflict, pp.147 – 151.
34. Электронные “латы” для суперсолдата. Комсомольская правда, 2000, 29 сентября, с.35.
35. Koch A. Technology focus aims to speed Objective Force. Janeґs Defence Weekly, 2002, No.3, p.6.
36. Richardson D. Driving in night. Armada International, 1993, Vol.17, No.5, pp.32 40.
37. Каталог приборов ОАО ЗОМЗ. РФ, Сергиев Посад, 2000.
38. Каталог приборов ОАО ЛОМО. РФ, Санкт-Петербург, 2001.
39. Simrad KDN 250F and KDN 200 Night and Day Vision Binoculars. Проспект фирмы Simrad Optronics, Норвегия, 1997.
40. Ночной наблюдательный прибор 1ПН54. Проспект НПО НПЗ, РФ, Новосибирск, 1997.