Прилади нічного бачення в традиційному і денно-нічному виконанні - control engineering russia

У статті розглядаються прилади нічного бачення для застосування в системах охорони і безпеки. Вони можуть містити денний канал для цілодобового спостереження. Перераховано найбільш характерні види пристроїв і їх основні параметри. Показано можливості приладів і перспективи їх подальшого розвитку.

Область застосування приладів нічного бачення і їх можливості

Принцип дії приладів нічного бачення (ПНВ) заснований на перетворенні за допомогою електронно-оптичного перетворювача (ЕОП) інфрачервоного (ІЧ) випромінювання в видиме і на посиленні низьких рівнів яскравості, створюваних на спостережуваному об'єкті світінням нічного неба, зірок і місяця у видимій та ближній ІЧ -області спектра [1]. ПНВ знайшли широке застосування для спостереження й прицілювання і водіння транспортних засобів як у військовій, так і в цивільній техніці. Вони широко використовуються для забезпечення роботи прикордонних, митних, рятувальних служб, застосовуються для виробничого технологічного контролю, забезпечення видобутку корисних копалин, в наукових дослідженнях, для спостереження за поведінкою тварин, нічного орієнтування на місцевості, для астрономічних спостережень та ін. Особливої ​​уваги заслуговує застосування ПНВ для забезпечення охорони і роботи служб безпеки, спецпідрозділів МВС, ФСБ і ін. ПНВ дозволяють приховано в сутінках і вночі забезпечити спостереження, а при необхід ості - і стрілянину з високою точністю. ПНВ мають низькою вартістю, високою надійністю, малими масо-габарити показниками, простотою в обігу і обслуговуванні, високими експлуатаційними характеристиками, значним часом безперервної роботи. Все це призвело до широкого застосування ПНВ в системах охорони і безпеки.

Типові ПНВ для систем охорони і безпеки

Розглянемо спочатку портативні ПНВ. До них відносяться нічні монокуляри (НМ) і окуляри нічного бачення (ОНВ).

нічні монокуляри

НМ при спостереженні може утримуватися в руці або кріпитися на шоломі або на спеціальному універсальному ремінному наголов'я. За бажанням замовника передбачена можливість закріплення НМ на шоломах (касках) різних конструкцій за допомогою спеціального універсального кріплення.

Мал. 1. НМ «Альфа-90223» і насаджений на його корпус за допомогою кріплення «ластівчин хвіст» ІК-освітлювач «Альфа-8111-2» (праворуч)

Світлодіодний ІК-освітлювач «Альфа-8111» [2] випускається в двох модифікаціях: «Альфа-8111-1» і «Альфа-8111-2». Вони мають потужність випромінювання 35 і 20 мВт на довжині хвилі 820 нм при струмі харчування 250-350 мА і 160-220 мА відповідно. Решта їх параметри ідентичні: кут підсвітки 4-9 °, напруга живлення 3 В, габарити ∅22 × 120 мм, діапазон робочих температур -40 ... + 40 ° С. Освітлювач забезпечений кріпленням, що забезпечує швидке знімання і установку на ПНВ. ІК-освітлювач «Альфа-8011» призначений для підсвітки об'єктів, які спостерігаються в нічний час при недостатній природної освітленості: хмарне небо при відсутності світла місяця і зірок, складки рельєфу місцевості, лісовий масив, підвал і т. Д.

Мал. 3. Світлодіодний ІК-освітлювач «Альфа-8111-1»

Для спільної роботи з НМ або з ОНВ використовуються лазерні цільових перевірок покажчики (ЛЦ), монтовані на індивідуальному зброю (наприклад, автоматі). ЛЦ призначений для ведення прицільної стрільби з вогнепальної зброї з використанням наголовного ПНВ в умовах зниженої природної освітленості вночі і в сутінках. ЛЦ служить для створення на меті світлової плями (плями підсвітки), що спостерігається в ПНВ, але практично невидимого неозброєним оком. ЛЦ «Альфа-7115» (рис. 4) [2] забезпечує плавну зміну інтенсивності випромінювання до 50 разів залежно від конкретних умов спостереження мети і плями підсвітки. Контроль режимів роботи і розрядки джерел живлення забезпечують вбудовані світлодіодні індикатори. ЛЦ має потужність випромінювання 2 мВт, робочу довжину хвилі 850 нм, кутову розбіжність випромінювання 0,5 мрад, напруга живлення 2,4-3 В (два елементи типу АА), масу 0,31 кг, габарити 120 × 110 × 42 мм. ЛЦ призначений для роботи в діапазоні температур -40 ... + 50 ° С і відносній вологості до 98%. За бажанням замовника кнопка включення целеуказателя може жорстко встановлюватися на кріпильному кронштейні або розміщуватися на гнучкому виносному манжеті.

Мал. 4. Лазерний цілевказівник «Альфа-7115»

Комплекс прицільний універсальний нічного бачення КПУ НВ «Альфа-тисяча дев'ятсот шістьдесят два» (рис. 5) [2] призначений для ведення прицільної стрільби з вогнепальної зброї, читання карт, керування транспортними засобами, ремонтних робіт і т. Д. В умовах низької освітленості вночі і в сутінках. Комплекс незамінний для бійців спецпідрозділів служб безпеки. До складу комплексу входять:

• НМ «Альфа-9022»;
• ЛЦ «Альфа-7115»;
• насадка афокальнимі-оптична з Г = 4 ×;
• ІК-освітлювач «Альфа-8111-2»;
• нашоломну кріплення;
• зарядний пристрій.

Мал. 5. Нічний прицільний комплекс «Альфа-+1962» в робочому положенні

Мал. 6. Псевдобінокулярние ОНВ ПН-14К

Окуляри нічного бачення

Розрізняють бінокулярні і псевдо-бінокулярні ОНВ (табл. 1) [1]. Бінокулярні ОНВ складаються з двох ідентичних нічних каналів під праве і ліве око оператора. Кожен канал складається з об'єктива, ЕОП і окуляра. У ОНВ забезпечується плавне регулювання відстані між зіницями очей (бази очей) в межах 52-72 мм. Бінокулярні ОНВ формують стереоскопічне зображення. Це зручно для нічного водіння транспортних засобів. Однак найбільшого поширення набули псевдобінокулярние ОНВ, особливо для забезпечення охорони і безпеки. У них використовується один об'єктив і один ЕОП. З екрану останнього зображення розлучається на обидва ока за допомогою псевдобінокулярного мікроскопа. У порівнянні з бінокулярними такі ОНВ володіють мінімальною масою і вартістю. Прикладом псевдобінокулярних ОНВ може служити модель ПН-14К (рис. 6) [3]. Якщо замість об'єктива з фокусною відстанню 27 мм поставити дзеркально-лінзовий об'єктив з фокусною відстанню 100 мм, то дані ОНВ перетворюються в нічний бінокль (рис. 7) [3].

Мал. 7. Псевдобінокулярние ОНВ ПН-14К з дзеркально-лінзовий об'єктивом

Таблиця 1. Характеристики різних ОНВ

Примітка: * - низькопрофільні, ** - псевдобінокулярние, *** - у вигляді бінокля після заміни об'єктива з фокусною відстанню 27 мм на дзеркально-лінзовий з фокусною відстанню 100 мм.

Загальним недоліком найбільш поширених традиційних ОНВ є їх значні поздовжні габарити. Через них виникає великий перекидний момент. Він створює навантаження на шийні і лицьові м'язи оператора, викликаючи стомлення. Тому зусилля розробників спрямовані на створення низькопрофільних ( «плоских») ОНВ з мінімальним поздовжнім розміром. Типовими їх представниками є ОНВ GN-2 фірми Simrad (Норвегія) [4] і ОНВ Lucie фірми ANGENIEUX (Франція) [5]. Відстань від першої поверхні ОНВ до зіниці ока не перевищує 80 мм, в той час як для традиційних ОНВ цей габарит коливається від 135 до 200 мм. ВУкаіни створені низькопрофільні ОНВ 1ПН105 (рис. 8) [6].

Мал. 8. Низкопрофільні ОНВ 1ПН-105

У США створені низькопрофільні ОНВ AN / GVS-21 (рис. 9) [7]. Вони призначені для бійців спецпідрозділів. Завдяки окулярної системі ОНВ мають низький профіль і, відповідно, поздовжній розмір не більше 80 мм. ОНВ допускають «наскрізне» бачення за рахунок наявності денного каналу з Г = 1 ×. До їх складу входить модуль кольорового OLED-дисплея, на який передається тепло-ВІЗІОН зображення. При цьому спостерігач одночасно бачить поєднане зображення сцени з екрану ЕОП і тепловизионное зображення об'єкта спостереження. Межі фокусування 0,33 м-∞, дозвіл 1,25 штр / мрад, діапазон регулювання бази очей 55-75 мм. Можливий монокулярний варіант побудови приладу.

Мал. 9. денного-нічні ОНВ AN / GVS-21

Бінокль «день-ніч»

Бінокль «день-ніч» БДН-9С (рис. 10) [7] призначений для цілодобового ведення візуальної розвідки місцевості, виявлення і розпізнавання цілей в денних умовах і в умовах ЕНО. Денний светосильний канал БДН побудований за класичною стереоскопічної схемою. У нічному каналі БДН застосований малогабаритний герметизований ЕОП покоління 2+ з прямим перенесенням зображення, з мікроканальних посиленням і вбудованим високовольтним джерелом харчування. Посилене по яскравості зображення предметів на екрані ЕОП розглядається далі спостерігачем за допомогою оптичної системи, що складається з проекційного об'єктива, відбивача, обертаючих лінзових систем і окулярних блоків. Включення і вимикання нічного каналу БДН проводиться поворотом ручки перемикання режимів роботи. Далекомірна сітка БДН дозволяє визначати відстань до об'єктів при роботі як денним, так і нічним каналами. Характеристики БДН-9С наведені в таблиці 2.

Мал. 10. Бінокль «день-ніч», модель БДН-9

Таблиця 2. Характеристики бінокля «день-ніч» БДН-9С

Основні результати і висновки

На підставі викладеного вище можна стверджувати, що в даний час існують досить ефективні ПНВ для цілей охорони та безпеки. Можливо забезпечення з їх допомогою навіть цілодобової роботи, а в разі застосування АІ ПНВ - ще й роботи при зниженій прозорості атмосфери. Це дозволяє надійно забезпечити охорону від зловмисників в широкому діапазоні зміни зовнішніх умов. Застосування таких ПНВ доцільно як для працівників охорони, так і для бійців спецпідрозділів, які вирішують складні бойові завдання в обмежених умовах видимості.

Можливі перспективи вдосконалення

В даний час фотокатоди ЕОП працюють в області спектра 0,4-0,9 мкм. Однак зміщення робочої області спектра в ІК-діапазон (1,4-1,8 мкм) відкриває перед ПНВ нові можливості. Середня величина ЕНО в безмісячну ніч для області спектра 0,4-0,9 мкм досягає (1,5-3) × 10 -9 Вт / см 2. а в області спектра 1,4-1,8 мкм - (1, 5-2) × 10 -7 Вт / см 2. т. е. на два порядки вище. На додаток до цього поліпшується прозорість атмосфери: при метеорологічної дальності видимості 10 км пропускання товщі атмосфери 1 км на довжині хвилі 0,6 мкм становить 0,72, а в центрі області спектра 1,4-1,8 мкм - 0,93. При цьому яскравість атмосферної димки знижується більше ніж на порядок в області спектра 1,4-1,8 мкм в порівнянні з видимою областю спектра. Величина контрасту об'єкта спостереження з фоном в цій ІК-області спектра більш стабільна і вище в 1,4-1,5 рази, ніж в області спектра 0,4-0,9 мкм. Крім того, якщо в цій області спектра ЕНО змінюється від 10 -5 до 2,5 × 10 -9 Вт / см 2. то в області 1,4-1,8 мкм - від 1,6 × 10 -4 до (3 -4) × 10 -7 Вт / см 2 при тих же умовах ЕНО, т. е. майже на два порядки. Відсоток забезпеченості освітленістю протягом усього року для ЕНО в межах 5 × 10 -3 -5 × 10 -4 лк для області спектра 1,4-1,8 мкм також майже вдвічі вище, ніж для 0,4-0,9 мкм [ 1]. В області спектра 1,4-1,8 мкм можна працювати в тумані, до певної міри - в деяких димах і в пилу, а також візуалізувати випромінювання сучасних лазерних целеуказателей-далекомірів, що працюють на довжині хвилі 1,55 мкм і 1,7 мкм . Вельми результативно використання ПНВ, що працюють в області спектра 1,4-2,0 мкм, для демаскування об'єктів: різниця в відбивної здатності обмундирування дозволяє в області спектра 1,4-2,0 мкм не тільки виявити солдата на тлі зелені, але і відрізнити свого від чужого. Відомо, що камуфляж дозволяє замаскувати різні об'єкти на тлі навколишнього простору. Однак камуфляж, розроблений для видимої області спектра, може бути неефективний для області спектра 1,4-1,8 мкм. Для неї візерунок камуфляжу зникає, і виявляється силует замаскованого об'єкта [1].

Іншим перспективним напрямком удосконалення ПНВ є використання для їх виробництва 3D-друку [11]. На її основі можливе створення мікромініатюрних лазерних целеуказателей, ІК-освітлювачів, а також твердотільних перетворювачів зображення замість традиційних ЕОП. Для ПНВ використання 3D-друку дозволить створити надмініатюрні електронні схеми з високою швидкодією, а також первинні джерела живлення в інтегральному виконанні. У свою чергу, це призведе до скорочення маси, габаритів і енергоспоживання ПНВ, а також до підвищення їх надійності. Рівень розвитку 3D-друку, досягнутий за останній час, дозволяє розраховувати на подальше вдосконалення ПНВ вже в найближчі роки.