Инфракрасные системы «смотрящего» типа

ИНФРАКРАСНЫЕ НАГОЛОВНЫЕ И НАШЛЕМНЫЕ СИСТЕМЫ (ОЧКИ НОЧНОГО ВИДЕНИЯ)

Выпускаемые многими фирмами и организациями [12,14] наголовные и нашлемные ИКС (очки ночного видения - ОНВ), как правило, представляют собой системы много­целевого назначения. Они предназначены для вождения наземного, речного и морского транспорта, пилотирования самолетов, наблюдения за природными объектами, ориен­тации и навигации на местности, охраны различных объектов и др. Отдельную под­группу ОНВ составляют очки для пилотов вертолетов в виде нашлемной или наголов - ной конструкции, позволяющей в ночных условиях вести полеты, взлеты и посадки на малых высотах, обнаруживать препятствия на трассе полета, совершать другие опера­ции, например наблюдать за подстилающей поверхностью и обнаруживать различные объекты (линии электропередачи, транспортные средства, строения, людей и т. п.). При использовании средств подсветки (ИК-прожекторов) их дальность действия может воз­растать в несколько раз. Очки выполняются как в монокулярном, так и бинокулярном исполнении.

Такие ИКС состоят из приемной оптики, элемента, формирующего видимое изо­бражение (ЭОП, ЖКД, и др.), оптической системы, передающей полученное изображе­ние в глаз наблюдателя, собственно шлема или другой наголовной конструкции. В от­дельных случаях в них включают системы слежения за поворотом головы наблюдателя. Формирователь (преобразователь) изображения и передающая оптическая система крепятся на шлеме. Система слежения наблюдает за положением линии визирования и формирует сигнал об отклонении этой линии от направления на цель, поступающий в систему управления транспортным средством, обычно вертолета или самолета.

При разработке ИКС для вождения транспортных средств, включая пилотирование вертолетов и самолетов, отдельной проблемой стоит совмещение этих систем с источ­никами освещения и подсветки, расположенными в кабинах, на борту или на корпусе (например, подсветка шкал и панелей), на трассе наблюдения или вождения и т. д. Впервые с этой проблемой столкнулись разработчики ИКС на базе ЭОП, работающих в ближнем ИК-диапазоне, поскольку в том же спектральном диапазоне излучают обыч­ные лампы накаливания, многие электролюминесцентные источники, светодиоды. Из­лучения, отраженные от стеклянных поверхностей, в кабине создают тени и ореолы в изображении, наблюдаемом с помощью ЭОП, а кроме того, приводят в действие систе­мы автоматической регулировки яркости в приборах с ЭОП, снижая чувствительность и разрешение и тем самым уменьшая дальность действия приборов.

Для борьбы с указанными явлениями для подсветки внутрикабинных приборов ис­пользуют преимущественно коротковолновую часть видимого диапазона спектра (0,4...0,61 мкм) с помощью специальных светофильтров, а в оптическую систему при­боров с ЭОП вводят отсекающие фильтры с коротковолновой границей пропускания 0,625...0,665 мкм (фильтры minus-blue). За рубежом разработаны специальные стан­дарты на внутрикабинное освещение вертолетов (MIL-L-85762) и самолетов (MIL-L - 85762А). Если на первых стадиях развития в нашлемных системах использовали катод­но-лучевые трубки (KJ1T), то сегодня все чаще применяют плоские электролюминес­центные панели, жидкокристаллические дисплеи.

Для пилотов самолетов и вертолетов важна возможность одновременно наблюдать внешнюю обстановку (через ОНВ) и приборную панель (невооруженным глазом). Для этого в современных авиационных системах применяются светоделительные, дихроич - ные и голографические комбайнеры. Иногда для создания изображений приборными панелями используется лишь часть видимого диапазона оптического спектра, тогда в оставшейся части этого диапазона пилот может наблюдать внешнюю обстановку.

В ряде систем голографические комбайнеры наносятся на внутреннюю сторону ко­зырька защитного шлема пилота. При дневной освещенности ЭОП очков отключается. Во избежание разбаланса конструкции шлема пилота с ОНВ отдельные каналы ОНВ размещаются по сторонам шлема - слева и справа.

В литературе [12, 14, 56, 116, 138, 201 и др.] описано большое число нашлемных и наголовных ИКС. Многие из них обеспечивают круглосуточную работу и поэтому ино­гда называются приборами «день-ночь». В дополнение к §11.4 приведем краткие све­дения лишь о некоторых конструкциях ОНВ.

Обычно используемые в современных ОНВ ЭОП Г второго и третьего поколений с волоконно-оптической пластиной на выходе имеют микроканальные усилители, встро­енные источники питания, автоматическую регулировку яркости и защиту от мощных источников засветки. Очки крепятся на наголовной маске, которая подходит для чело­века с любой формой головы и фиксируется с помощью специальных ремней, а также
на шлеме пилота или водителя. Конструкция позволяет изменять межзрачковое рас­стояние, диоптрийную наводку и фокусировку объектива в широких диапазонах. В отечественных ОНВ, выпускаемых ОАО «Загорский оптико-механический завод», ОАО «Лыткаринский завод оптического стекла» и другими предприятиями, угловое поле составляет 36...40°, пределы регулировки окуляров от -3 до +5 дптр, база глаз -

55.. .76 мм. Их масса не превышает 1 кг.

Прибор «Альфа-1032», выпускаемый государственным унитарным предприятием (ГУП) «Альфа» (табл. 14.8), может комплектоваться афокальной насадкой с увеличени­ем 2,5 крат и ИК-прожектором «Альфа-8011», позволяющим значительно увеличить дальность видимости.

К недостаткам бинокулярных очков относятся сравнительно большая масса и доста­точно высокая стоимость ЭОП. Поэтому на практике большое распространение полу­чили псевдобинокулярные ОНВ с одним объективом и одним ЭОП, изображение с эк­рана ЭОП с помощью окулярной системы разводится на два глаза (см. § 6.6). Такие ОНВ выпускают отечественные предприятия: ОАО «Загорский оптико-механический завод», ОАО «Казанский оптико-механический завод», ОАО «Катод», ОАО «Ростов­ский оптико-механический завод», ОАО «Ленинградское оптико-механическое объе­динение» и др.

Псевдобинокулярные очки ночного видения «Сова-Б» Новосибирского приборо­строительного завода (НПЗ) построены на базе ЭОП П+. Они имеют угловое поле 37°, напряжение питания 3 В, габариты 150x152x73 мм и массу 0,7 кг.

Наголовные псевдобинокулярные ОНВ «Байгыш 27» Казанского оптико­механического завода с увеличением Iх построены на базе ЭОП П+. Их угловое поле составляет 40°, пределы диоптрийной установки - ±4 дптр. Диаметр выходных зрач­
ков равен 5 мм, а удаление глаза наблюдателя от окуляра - 20 мм. Габариты ОНВ 166х 160x65 мм, масса — 0,45 кг. Идентификация человека с помощью этих очков в ночных условиях при 'Л-фазе Луны возможна на расстоянии до 120...160 м. Прибор работает в диапазоне окружающих температур от -40 до +50°С, питание от двух эле­ментов типа А А.

Прибор ГЕО-ОНВ4, выпускаемый научно-производственным объединением «Гео - физика-НВ», построенный на базе ЭОП ПГ, имеет угловое поле 40°, питания напряже­ние 3 В; габариты 180x165 х 120 мм; масса (вместе с маской) 0,87 кг.

ГУП «Альфа» выпускает вертолетные бинокулярные очки ночного видения «Альфа - 2031» (табл. 14.9), закрепляемые на шлеме и имеющие быстросъемный противовес, размещаемый сзади шлема для улучшения балансировки. Прикрепленные к шлему оч­ки быстро откидываются наверх, одновременно отключая источник питания, которое может быть автономным (от двух встроенных батарей типа АА или аналогичных акку­муляторов) или от бортовой сети вертолета. В очках используется ЭОП III.

В табл. 14.3 приведены параметры и характеристики ряда ОНВ, стоящих на воору­жении армий США и НАТО и использующих ЭОП разных поколений, т. е. работающих в ближнем ИК-диапазоне оптического спектра.

В бинокулярной системе HIDSS (табл.14.10) [138] для шлема пилота вертолета РАН-66 Comanche используются две миниатюрные KJ1T (1" ), позволяющие просмат­ривать поле 30*52° с областью перекрытия в 17°. Планируется замена KJIT плоскими панелями на основе ЖК и электролюминесцентными панелями. В новых системах бу­дут обеспечиваться угловые поля в 40° у монокуляров и 30 х 50° у бинокуляров с пере­крытием 30°.

Сегодня разработано большое число нашлемных (наголовных) ИКС, работающих в длинноволновом спектральном ИК-диапазоне. Так, фирмой «FLIR Systems Inc.» (США) создана ИКС с минимальной обнаруживаемой разностью температур менее 0,05 К при температуре фона 300 К [203]. Потребляемая мощность составляет менее 10 Вт, а общая масса - менее 3 кг при массе закрепляемого на голове оператора моду­ля менее 0,5 кг. В системе, работающей в диапазоне 7... 14 мкм, используется микробо - лометрическая матрица формата 320*240 с мгновенным угловым полем (угловым раз­решением) 5,5 угл. мин. Угловое поле оптической системы равно 30° по горизонтали и 22,5° по вертикали. Температура ФПУ стабилизируется миниатюрным термоэлектри­ческим холодильником. Вся система может работать при окружающей температуре от-49 до +80°С.

Из условий рационального размещения ИКС на голове оператора, требований к ог­раничению габаритов системы и ее балансировке, а также к глубине резкости изобра­жения наблюдаемого пространства в этой системе выбран объектив с небольшим диа - фрагменным числом и автоматической фокусировкой. Такая система корректирует из­
менения фокусного расстояния объектива из-за температурных воздействий, а главное - обеспечивает наилучшую фокусировку при изменении расстояний до наблюдаемых или обнаруживаемых объектов, происходящих, например, при наклоне головы опера­тором (углы наклона могут доходить до 50...60°). После однократной калибровки для конкретного оператора система фокусировки работает автоматически. В системе ис­пользуется монокуляр, с помощью которого оператор наблюдает одним глазом плоский электролюминесцентный экран (панель) с яркостью свечения порядка 685 кд-м“2. Кон­струкция скомпонована так, чтобы опрокидывающий момент, возникающий при на­клоне головы оператора с закрепленной на ней ИКС, не превышал 90 Нем. Система выдерживает ударные перегрузки до 40g и вибрационные до 2g.

В некоторых конструкциях ОНВ расстояние от последней поверхности оправы окуляра до выходного зрачка («вынос выходного зрачка») делается достаточно боль­шим, например 25 мм в ОНВ М927/929 и AN/AVS-6 ANVIS, что позволяет пилоту наблюдать приборную панель боковым и «нижним» зрением, а также использовать обычные очки.

Для увеличения углового поля ОНВ фирма «Night Vision Corp.» (США) предложила использовать четырехканальную панорамную систему, в которой окуляры отдельных каналов создают наложенные друг на друга изображения. В центральную зону разме­ром 40x35° для каждого глаза может выводиться пилотажная информация.

Фирма «ПТ» (США) проводила эксперименты по встраиванию в ОНВ миниатюр­ной телевизионной камеры, на которую с помощью устанавливаемого на выходе одно­го из окуляров светоделителя ответвляется -10% излучения. Таким образом можно пе­редавать наблюдаемое летчиком ОНВ-изображение другим членам экипажа, а также наземным службам.

Технические характеристики некоторых зарубежных ОНВ, рекламируемых на ми­ровом рынке авиационного оборудования и не вошедших в табл. 14.3 и 14.9, приводят­ся в табл. 14.11.