Инфракрасные системы «смотрящего» типа

ИНФРАКРАСНЫЕ СИСТЕМЫ «СМОТРЯЩЕГО» ТИПА В РАКЕТНОЙ ТЕХНИКЕ

Инфракрасные системы едва ли не впервые стали широко применяться в ракетной технике. Преимущества ИК-диапазона спектра для работ ИКС наведения и самонаве­дения хорошо известны и здесь не рассматриваются. До настоящего времени большин­ство ИКС для ракетной техники являются сканирующими. Появление высококачест­венных МПИ и ФПУ на их основе, успешно работающих в спектральных диапазонах

3.. .5 и8...14 мкм, открыло большие перспективы для развития этих систем. Однако по вполне понятным причинам в открытой литературе сведений о них по сравнению с ИКС других назначений очень мало. Приведем лишь некоторые из них.

Особенности ИКС «смотрящего» типа, работающих в составе ИК-головок самона­ведения современных ракет, подробно рассмотрены в [234]. Специфика систем самона­ведения - быстродействующи _,рледящих систем, функционирующих в условиях боль­ших динамических нагрузок, заметно сказывается на выборе спектрального рабочего диапазона, типа ФПУ и МПИ, конструкции системы охлаждения и др. В [234] сопос­тавляются требования к пространственному и температурному разрешению ИКС, а также к допустимым временам накопления зарядов в ячейках схемы считывания, к оп­тической схеме и геометрооптическим параметрам объектива, к материалам, из кото­рых изготавливаются оптические детали, и стоимости системы. На основании подроб­ного анализа этих факторов и учета особенностей методов наведения современных ра­кет и систем слежения (целеуказания, коррекции направления визирования и траекто­рии полета), а также стабилизации оптической оси в пространстве авторы [234] прихо­дят к выводу, что для работы в диапазоне длин волн 3...5 мкм лучше использовать ИКС «смотрящего» типа с фотонными охлаждаемыми МПИ на базе PtSi и InSb. Если в

15 Инфракрасные системы «смотрящего» типа

Системах наведения и самонаведения с автоматическим распознаванием целей необхо­дим не один рабочий спектральный диапазон, а два или более, некоторые выводы и ре­комендации, содержащиеся в [234], следует подвергнуть пересмотру, особенно если учитывать быстрое развитие ФПУ на базе ФКЯ, микроболометров и др.

Для следящей системы ракеты «Полифем», разрабатывавшейся в начале 90-х годов совместно Германией, Францией и Италией, было выбрано ФПУ на базе PtSi с крем­ниевой схемой считывания формата 640x486. Размер пиксела составлял 24 мкм с коэф­фициентом заполнения более 0,6. В системе использовались охлаждаемые диафрагма и фильтр. При времени накопления 20 мс частота кадров составляла 50 Гц, а ЛГП не пре­вышала 100 мК при диафрагменном числе объектива 1,4. Система охлаждения с хлада­гентом - жидким азотом выводила ФПУ в рабочий режим менее чем за 3 мин [234].

Объектив системы состоял из четырех линз, изготавливаемых из Si и Ge; коэффици­ент пропускания объектива в рабочем спектральном диапазоне (3...5 мкм) превышал 90%. Одна из поверхностей выполнялась асферической. Охлаждаемая апертурная диа­фрагма размещалась в сосуде Дьюара, а диаметры отдельных компонентов объектива выбирались так, чтобы избежать виньетирования. В объективе предусматривалась пас­сивная атермализация. Объектив создавал изображение размером около 15,4x11,6 мм на чувствительном слое МПИ при мгновенном угловом поле около 200 мкрад. Коорди­натор размещался в двухкарданном подвесе и обеспечивал работу в пределах азиму­тальных углов ±30° и углов возвышения от +15 до -30° при угловой скорости слежения

1 рад/с и ускорениях 10 рад/с.

Для предотвращения размытия изображения в координаторе использовалась элек­тромеханическая система гироскопической стабилизации, работающая как цепь обрат­ной связи по скорости в полосе частот в несколько десятков герц. Параметры этой сис­темы хорошо согласовывались со сравнительно большим временем накопления зарядов в ФПУ на основе PtSi.

Управление ракетой «Полифем» производилось с командного поста по волоконно - оптическому кабелю. Пост мог располагаться на земле, надводном или подводном ко­рабле, на вертолете. Дальность действия ракеты достигала 60 км при высоте полета над подстилающей поверхностью до 200 м со скоростью до 200 м/с.

Изображение по волоконно-оптическому каналу связи передавалось на командный пост управления огнем, где и обрабатывалось, что уменьшало габариты, массу и стои­мость самой ракеты. Такая обработка заключалась, прежде всего, в коррекции неодно­родностей чувствительности элементов ФПУ. Изображение, предъявляемое оператору, корректировалось в течение полета ракеты. На последних стадиях полета при уточне­нии вида цели и захвата ее использовались алгоритмы слежения по контрасту в сочета­нии с корреляционными алгоритмами выбора цели и наведения на нее.

Фирмой «EADS LFK GmbH» (Германия) при участии компании «Bofors» (Швеция) создана ИК-следящая система для управления ракетой KEPD 350 класса «воздух - зем­ля» [234]. Учитывая маневренность и высокую скорость подлета ракеты к цели, в ИКС использовано ФПУ с малым временем накопления зарядов и их считывания в КМОП- схеме на базе Si. После анализа технических требований к системе слежения и требова-

Ний к ее стоимости разработчики остановили свой выбор на InSb-МПИ формата 256*256, обеспечивающем работу в угловом поле около 10°. При размере пиксела 30 мкм, диа - фрагменном числе объектива К = 2 и времени накопления в несколько миллисекунд АТп составила менее 50 мК. В системе используется миниатюрное охлаждающее уст­ройство фирмы «Raytheon IRCOE», на жидком аргоне, работающее по схеме Джоуля - Томсона. Время выхода системы охлаждения на рабочий режим не превышает 1 мин. Объектив ИКС состоит из четырех линз из Si, ZnSe и Ge со сферическими поверхностя­ми, ахроматизирован и атермализирован. Сферический обтекатель из кремния защищен углеродистым покрытием. Входным зрачком объектива служит охлаждаемая диафрагма сосуда Дьюара. Коэффициент пропускания оптической системы превышает 90%. Размер изображения (общий размер чувствительного слоя МПИ) равен 7,68*7,68 мм. Фокусное расстояние выбрано так, чтобы обеспечить мгновенное угловое поле менее 1 мрад. Функция передачи модуляции на частоте Найквиста превышает 50%.

В [234] содержатся сведения о системах слежения и стабилизации координатора цели ракеты KEPD 350, в составе которого работает ИКС; в частности, указывается, что угло­вая скорость системы слежения достигает 10 рад/с при ускорении 40 рад/с2. Предвари­тельная информация о цели, ее координатах, фоно-целевой обстановке вводится в блок памяти системы управления ракетой. В процессе полета эта информация в виде двумер­ных электронных изображений с помощью системы навигационных, радиолокационных и других систем уточняется. При слабом контрасте цели или ее маскировке ИК-следящая система осуществляет ее поиск, а затем выдает сигналы управления в соответствии с уг­ловым рассогласованием между линией визирования цели и осью ракеты.

В системах наведения и самонаведения ракет класса «воздух-воздух», разрабаты­ваемых фирмой «ASRAAM» и устанавливаемых на борту самолетов ВВС стран НАТО, используются ИКС на базе выпускаемых компанией «Raytheon» InSb-матриц формата 128*128, обеспечивающие максимальную дальность обнаружения и захвата цели до 15 км. Как сообщается в [160], та же компания разрабатывает двухдиапазонную (ИК и УФ) систему Raytheon FIM-92 Stinger для вертолетных ракетных систем класса «воздух - воздух». В управляемых бомбах используется система Rafael (фирма «Northrop Grum­man Litening», США) с тепловизионным каналом формата 708*240, работающим в спектральном диапазоне 8... 12 мкм, и ПЗС-матрицей формата 768*494. Система рабо­тает в узком (1,5*1,5°) и широком (16,4*24,5°) угловых полях.

Компания «NVT» (США) для ракетных следящих систем выпускает ИК-камеру Po­seidon (рис. 14.5 на вклейке), построенную на базе МПИ из PtSi формата 320*240 с пе­риодом пикселов 25*25 мкм и коэффициентом заполнения 0,5. Рабочий спектральный диапазон системы - 3.. .5 мкм; АТП - менее 90 мК; угловое поле объектива с/' = 50 мм и К= 1,8 составляет 9,2*7,0°. Масса ИКС 6 кг, энергопотребление 50 Вт. Система рабо­тает в диапазоне окружающих температур от -10 до +60°С.

В головках самонаведения ракет Block IVA класса «поверхность-воздух», стоящих на вооружении ВМФ США, предполагается использовать ФПУ формата 256*256 ком­паний «Raytheon» (для диапазона 8... 12 мкм) и «Rockwell» (для диапазона

4.. .4,85 мкм). Угловое поле систем составляет 3°.

Для идентификации боевых частей ракет и селекции их от ловушек-помех лабора­ториями «Jet Propulsion Lab.»и «US Air Force Research Lab.» разработано двухдиапа­зонное (8...9 и 14...15 мкм) ФПУ формата 640x486 на базе ФКЯ. Режим ограничения пороговой чувствительности фоном с температурой 300 К для диапазона 8...9 мкм дос­тигается при охлаждении приемника до 70 К и использовании охлаждаемой диафраг­мы. В диапазоне 14... 15 мкм для обеспечения этого режима приемник и диафрагму ох­лаждают до 40 К.

С конца 90-х годов компания «Raytheon Systems» (США) выпускает ИК-следящую систему для ракет EFOG-M, пусковые установки которых базируются на автомобилях. В системе используется МПИ на основе PtSi формата 640x640, работающий в диапазо­не 3...5 мкм.

Та же компания совместно с «Lockheed Martin» разработала переносимую одним че­ловеком противотанковую ракетную систему Javelin, в которой система наведения вы­полнена на основе охлаждаемого KPT-приемника формата 64x64, работающего в спек­тральном диапазоне 8... 12 мкм.

Для оснащения противотанковых систем с управляемыми реактивными снарядами (ПТУРС) типа Bill, Milan, Tow и Егух, принятыми на вооружение в НАТО, была разра­ботана инфракрасная камера BIRC, построенная на базе матричного ФКЯ ACREO фор­мата 320x240 и совмещенная с дневным каналом системы прицеливания ПТУРС. На­пряжение питания системы массой около 9 кг, устанавливаемой на специальный шта­тив, подается от литиевых батарей со сроком непрерывной службы 2...3 ч [108].

Для работы в составе портативных переносимых ракетных комплексов компания «FLIR Systems» (США) поставляет ФПУ на ФКЯ-МПИ формата 320x240, работающие в диапазоне 7,5...9,3 мкм. Объектив системы имеет широкое (4,6x3,5°) и узкое (2,3x1,7°) угловое поле. Частота кадров составляет 50 Гц. Потребляемая в процессе ра­боты мощность не превышает 25 Вт, диапазон температур окружающей среды - от -30 до +60°С. Системы на ФКЯ-матрицах можно эффективно использовать для различения нагретых («горячих») и холодных объектов, в частности для раздельного наблюдения корпусных элементов объектов ракетно-космической техники, пламени и других про­дуктов истечения ракетных двигателей. Так как температура корпуса многих ракетных систем близка к 250°С, а температура истекающего пламени двигателя может достигать 950°С, то на длине волны 4 мкм отношение энергетических светимостей пламени и корпуса составляет около 25-103, а на длине волны 8,5 мкм оно снижается до 115. По­скольку динамический диапазон принимаемых сигналов большинства современных ИКС не превышает 12 дБ (4096 крат), для выделения изображения корпуса на ранних стадиях полета ракеты на фоне пламени двигателя лучше использовать диапазон около

8,5 мкм, т. е. тот, где хорошо работают ФПУ на ФКЯ. Это было убедительно продемон­стрировано при наблюдении за стартом ракеты Delta-II [133].

В [279] описываются эксперименты и приводятся некоторые сигнатуры сигналов, создаваемых на различных стадиях запуска и полета корпусами и пламенем двигателя баллистических ракет типа Boing Delta IIA и AtlasIIA. Измерения проводились с по­мощью ИКС на базе двухдиапазонных ФКЯ-МПИ. Зеркальный объектив ИКС имел входной зрачок диаметром 76,2 см и фокусное расстояние 609,6 см. Размер пиксела ФПУ был равен 40 мкм, что обеспечивало угловое разрешение 6,56 мкрад при общем угловом поле 1,68 мрад (0,096°).

Инфракрасные системы «смотрящего» типа

ПИРОВИДИКОНЫ (ПИРИКОНЫ)

Передающую телевизионную трубку с пироэлектрической мишенью в качестве чув­ствительного слоя называют пировидиконом или пириконом. Принцип действия и конст­рукция пировидикона аналогичны принципу действия и конструкции видикона. Здесь фоточувствительный катод заменен пироэлектрической …

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ В ИКС «СМОТРЯЩЕГО» ТИПА

Структурная схема обработки сигналов в ИКС «смотрящего» типа на рис. 9.1 более подробна, чем та, что в самом общем виде рассматривалась в гл. 1. Входной аналоговый оптический сигнал, условно представленный …

ВЫБОРКА СИГНАЛА И ЕЕ ВЛИЯНИЕ НА ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ИНФРАКРАСНЫХ СИСТЕМ

Практически в любой ИКС происходит выборка отдельных значений непрерывного аналогового сигнала, т. е. преобразование его в дискретную форму. В ИКС «смотряще­го» типа пространственную выборку изображения выполняет многоэлементный прием­ник излучения. Необходимое …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.