Авиационные очки ночного видения
ИНОСТРАННАЯ ПЕЧАТЬ
ОБ ЭКОНОМИЧЕСКОМ,
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОМ
И ВОЕННОМ ПОТЕНЦИАЛЕ
ГОСУДАРСТВ УЧАСТНИКОВ СНГ
И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВАХ
ЕГО ВЫЯВЛЕНИЯ
Серия: "ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА РАЗВЕДЫВАТЕЛЬНЫХ СЛУЖБ ЗАРУБЕЖНЫХ ГОСУДАРСТВ"
Ежемесячный информационный бюллетень
6
Авиационные очки ночного видения
Использование видовой интенсификации (I2) в авиации сопровождается специфическими уникальными трудностями, но выгоды могут быть значительными. Очки ночного видения (ОНВ) в сочетании с совместимым внутренним и внешним освещением/светом, помогают экипажам видеть поворотные пункты, начальные точки и цели, а также оценить результаты бомбометания. Они могут обнаруживать запуски УР класса "поверхность воздух" и ведение огня зенитной артиллерией, использоваться передовыми авиационными наводчиками. В последнем случае ОНВ могут использоваться в сочетании с лазером, который при необходимости может быть портативным, для целеуказания площадок для атак или в поддержку операций поиска и спасения.
Значительное большинство нынешних ОНВ имеют поле зрения 40°. Поскольку каждый окуляр использует только одну трубку, расширение поля зрения может быть достигнуто только за счет разрешения. Широкие исследования, проведенные ВВС США после войны в Персидском заливе 1990-1991 гг. показали, что увеличение поля зрения ОНВ было наиболее желательным и следовавшее по значимости близко за увеличением разрешения. Поэтому ВВС инициировали программу, имеющую целью существенное улучшение этих характеристик в пределах допустимых расходов.
Внедрение панорамных ОНВ с размерами поля зрения примерно 100x40° обеспечивает увеличение зоны обзора на 160%). Согласно исследовательской лаборатории ВВС, это обеспечивает "непревзойденную ситуационную осведомленность" , которая позволит использовать дневные стандартные тактические приемы в ночных условиях. Пилоты, которые участвовали в оценках ранних конструкций, были весьма довольны результатами испытаний, заявляя, что "нашлемное целеуказание в ночных условиях с помощью панорамных ОНВ является самым большим скачком, который произошел в возможностях ночного видения с тех пор, как в кабинах самолетов появились ОНВ".
Исследовательская лаборатория ВВС, в кооперации с управлением NVESD, проводит совместную демонстрационную программу передовой технологии (ATD), которая должна привести к принятию на вооружение нового поколения ОНВ с высоким уровнем унификации. Конструктивно очки включают четыре трубки I2, вместо обычных двух, с тем, чтобы обеспечить поле зрения (FOV) в 100°. Пользователь видит центральную часть FOV двумя глазами с помощью двух внутренних каналов (трубок), а правый и левый канал выдают изображение только на один соответствующий глаз.
Такое решение стало возможным благодаря использованию разработанных компанией ITT Industries трубок с диаметром 16 мм, которые разрабатывались при долевом финансировании (50x50) самой компанией и исследовательской лабораторией ВВС, а также компанией Dual-Use Science fc Technology (также поровну). По сравнению с имеющейся трубкой диаметром 18 мм, новая, диаметром 16 мм, имеет массу меньшую на 50%, требует меньше материалов для изготовления, более проста в сборке и требует меньшего времени для сборки.
Участие ВВС США способствовало созданию демонстрационного образца в рамках инновационного исследовательского контракта, который привлек дополнительное финансирование со стороны AFRL, в рамках программы нашлемных сенсорных технологий. Программа создания демонстрационного образца с использованием современных технологий I-PNVG (Integrated Panoramic Night Vision Goggle) выполняется компанией Insight Technology совместно с компанией ITT Industries, в качестве главного субподрядчика, в соответствии с контрактом заключенным в апреле 2000 г. с Управлением эффективности действий человека AFRL (AFRL's Human Effectiveness Directorate).
Центр авиационных систем ВВС США планирует ускоренную программу разработки. Главной первоначальной ее задачей является быстрое принятие на вооружение приборов ночного видения (ПНВ) PNVG с полем обзора 80° по горизонтали и 35° по вертикали, имеющего разрешение и характеристики, эквивалентные или лучшие, чем у AN/AVS-9. Другими задачами являются снижение массы, лучшее установление центра тяжести, по сравнению с AN/AVS-9, с целью снижения усталости при длительных полетах, снижение габаритов с тем, чтобы не ограничивать обычные движения головы пилота, обеспечение пространства для очков пользователя, защита глаз от лазерных излучений.
Базовая конструкция, Block 1, которая не предусматривает катапультирование, будет крепиться на существующих шлемах как и AN/AVS-9. Квалифицированные испытания должны начаться во втором квартале 2003 фин. г., а поставки начнутся в первом квартале 2004 фин. г. Катапультируемый вариант, Block 2, будет создан через шесть месяцев после базового варианта. ПНВ остается на шлеме пилота после катапультирования, обеспечивая защиту от воздушного удара и дополнительные возможности при покидании самолета. Следующий этап совершенствования, Block 3, предусматривает наличие дисплея данных, a Block 4 интеграцию с объединенной нашлемной системой нацеливания (JHMCS) вооружения и датчиков. Каждый ПНВ будет, по оценкам, стоить 15 20 тыс. долл.
Сухопутные войска США также провели натурные испытания прежде, чем начать программу внедрения ОНВ нового поколения. В результате выяснилось, что при выборе между усовершенствованием разрешения и поля зрения, пользователи предпочли бы сохранить уровень разрешения и расширить поле зрения. ВС США называют совместную программу с ВВС как Advanced Night Vision Goggle (ANVG) ATD, которая ставит очень близкие цели к целям ВВС. Они включают улучшение на 50% разрешения по сравнению с ОНВ, состоящими на, вооружении, расширение поля зрения до 100x40°.
Сухопутные войска хотели бы иметь интегрированный плоский нашлемный дисплей, который показывал бы цифровые параметры цели на фоне обобщенного изображения как от усилительных трубок I и от недорогого неохлаждаемого тепловизионного ПНВ, который используется для обнаружения целей. ПНВ ANVG предлагается использовать в моторизованных, включая армейские вертолеты, и немоторизованных войсках.
Базовая конструкция для армейской авиации может войти в этап разработки и опытной демонстрации в первом квартале 2003 фин. г. ВС США планируют также работать с подрядчиком, избранным ВВС для завершения конструирования и интеграции полномасштабной конфигурации ANVG, включающей тепловизионный ПНВ для наземных операций. Предполагается, что стоимость ПНВ составит 12 тыс. долл. (17 тыс. долл. с тепловизионным ПНВ), по сравнению с 7,0 тыс. долл. прибора ANVIS, масса не должна превышать 700 г (960 г с ТВ ПНВ), по сравнению с 734 г ANVIS с ассоциированным дисплеем.
Требования, предъявляемые специальными операциями, создали небольшой, но важный рынок ПНВ, сконструированных специально для потребностей специальных сил. Эти требования образуют сложно осуществимую комбинацию высоких характеристик, прочности, надежности и простоты использования в условиях высокого стресса в наиболее враждебных условиях. Миниатюрный ПНВ MNVS AN/PVS-17 представляет собой пассивный ночной прицельный компонент комплекта SOPMOD (Special Operations Peculiar Modification) для карабина М4. Компания Northrop Grumman поставляет AN/PVS-17, которые включают ее беспленочные усилительные трубки, командованию специальных операций США (USSOCOM) и ведет маркетинг варианта на базе трубки Gen III в странах НАТО.
USSOCOM планирует также приобрести новую конструкцию миниатюрного дневного/ночного прицела MDNS по своей программе SOPMOD. Он предназначается для дополнения или замены конструкций/приборов, которые удовлетворяют спецификациям, но не адекватны для экстремальных условий характерных для ведения специальной войны.
USSOCOM заявляет о возможности приобретения уже разработанных приборов, включая коммерческие, хотя признает, что от кандидатов потребуется какой-то уровень модификации, миниатюризации, повышения прочности и других доработок. Подсистемы MDNS будут закрепляться на стрелковом вооружении, включая винтовки и пулеметы. Вторичными миссиями могут быть: обнаружение целей, подсветка и целеуказание. Поставки первых комплектов должны были начаться в августе 2002 г., а самое позднее в марте 2003 г.
USSOCOM дополнительно внедрило малогабаритный ПНВ LPNVG AN/PVS-21, поставляемый компанией Speciali/ed Technical Services. Он имеет фирменное наименование Model 2733 и является модернизированным и более прочным вариантом Model 2722, который используется в канадских силах, как AN/AVS-502. Он находится на вооружении сухопутных войск, включая специальные, и экипажей самолетов и вертолетов.
Размер ПНВ LPNVG AN/PVS-21 по его продольной оси составляет менее 8,0 см, масса только 760 г. Он обеспечивает поле зрения 165x90°, центральная часть в 40° усилена, может быть оснащен дневной оптикой с усилением до хб. Миниатюрный дисплей в лучевом сумматоре накладывает информацию спутниковой системы GPS, поворотные пункты и скорость на усиленный участок поля зрения. Малогабаритность конструкции делает этот ПНВ особенно подходящим для парашютных операций и для ведения боя в стесненных городских условиях.
Количество изготовителей усилительных трубок I в Европе в последние годы также значительно сократилось. Фирма Photoiiis, которая перешла с декабря 2001 г. в собственность французской страховой компании АХ А, взяла на себя ответственность за проведение работ в этой сфере, которые в прошлом проводились членами группы Philips. Фирма Photonis разработала многослойные фотокатоды и платы МСР с высокими характеристиками, которые, как утверждает, имеют очень низкие уровни сцинтилляции ионных шумов, что обеспечивает хорошее соотношение сигнал/шум и очень хорошее качество изображения при низких уровнях освещенности и высокое разрешение (более 64 пар линий/мм).
Компания Photonis выпускает усилительные трубки для использования в приборах типа PVS-5, PVS-7, PVS-14, AVS-6 и AVS-9. Самое последнее семейство HyperGen (XX-1860), внедренное в 1999 г., имеет сниженный уровень ореальности и особенно подходит для авиационного и городского использования. Компания также производит инверторные трубки 20x30 мм и 50x40 мм, в дополнение к американскому стандарту 25 мм, для использования в перископах бронемашин и танков.
Согласно голландской компании ВЕР, ее усилительная трубка XD-4 обеспечивает высокие характеристики в широком диапазоне, сочетая довольно высокое соотношение сигнал/шум, равное 24:1 с разрешением в 64 пар линий/мм или более, а также с высокой модуляционной передаточной функцией (МПФ), как утверждают, обеспечивает высокую четкость и контрастность изображения, дополняя преимущества широкого спектра чувствительности, которая обеспечивает хорошие характеристики на фоне различных ситуаций и освещенности вплоть до звездной при значительной облачности.
Компания Simrad поставила более 4УОО комплектов ночных прицелов KN200 и KN250 во многие; страны мира. Недавние контракты подписаны с Малайзией, Таиландом и Норвегией. Прицелы семейства "KN" могут устанавливаться на лазерных дальномерах этой же компании и на лазерный прицел IS2000 или на другие устройства, как, например, Leiea Vector. Представители компании Simrad видят растущий рынок в связи с использованием прицелов со снайперскими винтовками большой дальности, где дополнительный I" канал, имеющий такое же усиление и поле зрения, как дневной, позволит использовать высокие характеристики перископов с изменяемым масштабом изображения. Заявленные компанией преимущества включают: быструю установку; устранение необходимости в дополнительном визировании; сохранение положения глаза в одной и той же позиции; использование одной и той же процедуры внесения поправок на дальность и ветер в течение дня и ночи; возможность одновременного использования обоих каналов.
Компания Sinirad поставила более 4000 комплектов ОНВ семейства "GN", в которых используется патентованная оптическая конструкция, обеспечивающая компактность очков, малые габариты и массу. Это минимизирует усталость пользователя и обеспечивает большие удобства при пользовании в стесненных условиях. Очки GN12, опытные образцы которых компания Simrad разработала для шведской армии, даже меньше по габаритам и легче, чем GN1 (290 г масса основного устройства, плюс 70 г масса дополнительного конвертора с усилением хЗ). Полоса обзора ОНВ GN 12-50о может удерживаться при использовании одной рукой.
Компания Thales Optics разработала, семейство оборудования, которое включает ЭО (I ) прицелы и ПНВ вместе с тепловизорами. Недавние заказы получены от ВС Ирландии на ОНВ Lucie, усилительные окуляры Magalie с усилением х6 и тепловизоры Sophie. Относительный новичок в данной области компания Patria Finavitec, получила контракт на сумму 7 млн. долл. от МО Финляндии на электронно-оптические усилительные устройства, которые могут удерживаться в руках, закрепляться на шлеме или устанавливаться на оружии. Поставки планировались на 2002 2003 гг.
Компания Newcon Optik, имеющая офисы в Канаде и США, ведет маркетинг оборудования ночного видения, разработанного несколькими российскими оптико-механическими заводами. Предлагаемая продукция включает очки ночного видения (NVG), портативные устройства наблюдения, электронно-оптические прицелы для винтовок и бинокли ночного видения. Очки NVS 7 EWA (с экстрашироким углом) обеспечивают поле зрения в 58° по обеим осям.
Распространение электронно-оптического (I2) оборудования во всех армиях мира, за которым последовало аналогичное распределение тепловизионного, подорвало способность ВС США занимать доминирующее превосходство в ночных условиях. Это заставило искать новые подходы, которые восстановили бы превосходство как например, объединение изображений, получаемых от нескольких различного типа датчиков. В дополнение к преимуществам использования обеих технологий (1~ и ИК), при одновременной минимизации или устранении их недостатков, этот подход расширяет электромагнитный спектр, который может использоваться. Характерные признаки, которые невидимы или плохо видимы на одной длине волны, проявляются на другой длине волны.
Компании ITT Industries Night Vision и Raytheon подписали совместное стратегическое соглашение о кооперации в разработке технологии слияния для датчиков ночного видения. Обе компании полагают, что такая кооперация необходима для полной интеграции электроники и оптики с тем, чтобы уменьшить стоимость производства, массу, потребление мощности и обеспечить эргономичность конструкции. Простое интегрирование индивидуальных подсистем не позволит достичь желаемых результатов.
Компания ITT Industries выбрала в качестве партнера компанию Raytheon, поскольку она обладает экспертизой почти на всех направлениях тепловидения, что позволяет ей избирать наиболее подходящую технологию для каждого конкретного использования. Со всей стороны компания ITT Industries привносит опыт конструирования легких нашлемных приборов-датчиков и электронно-оптических элементов. Долгосрочной целью является создание семейства "строительных блоков" для будущих систем как сухопутных (для солдат и техники) и авиационных (для самолетов и вертолетов).
Кооперация предполагает сосредоточение усилий на двух направлениях. Одно из них связано с цифровым слиянием изображений применительно к полной электронной обработке изображений, в которой компания Raytheon занимает лидирующее положение, второе связано с оптическим совмещением, охватывающим легкие, с малым потреблением энергии и недорогие устройства, на котором лидирующее положение занимает компания ITT Industries. Компании уже изготовили лабораторный макет демонстратора технологии цифрового слияния, который они используют в собственных интересах для облегчения анализа компромиссного решения в отношении стоимости/характеристики различных систем конфигураций и для демонстрации своих возможностей потенциальным заказчикам.
Простейший подход к совмещению изображений предполагает оптическое наложение изображения от миниатюрной тепловизионной камеры на изображение; от обычного прямого ночного видения монокуляра, выходы которых проходят через объединитель пучков сигналов. Этот относительно простой и недорогой подход хорош для нашлемных систем пехотинцев. Недостатки включают несовпадение наложений на границах поля зрения, использование сложного оптического канала и необходимость ручной регулировки яркости изображения.
Второй подход, известный как аддетивный или слияние "А+В", заключается в электронном суммировании видеоизображений от тепловизионной и электронно-оптической камер и отражении результирующего изображения на едином видеосигнале. Этот подход предполагает использование аналогового процесса, требующего малой мощности, но он также связан с проблемой несовпадения изображений на краях.
Третий подход полной "дижитизации" слияния изображений предусматривает объединение изображений от двух видеокамер на основе попиксель-ной обработки изображений. Дискретное/цифровое слияние включает также перспективные устройства повышения качества изображения, которые оптимизируют индивидуальные видеосигналы до их слияния/ суммирования, а также осуществляющие другие автоматические функции. Этот подход обеспечивает высокое разрешение и низкий уровень искажений, но требует большую мощность.
Конечной целью объединения изображений является создание автоматического способа интеграции информации от датчиков различного типа и обеспечение качественного отображения ее в реальном масштабе времени. Такая композиционная "картинка" должна сохранять основную информацию, получаемую от каждого датчика, и минимизировать любые искажения. Для достижения этой цели обработка сигналов должна быть прочно увязана, с индивидуальными датчиками с тем, чтобы провести регистрацию, оптимизацию и нормализацию их сигналов до начала процесса объединения.
Компания Raytheon разработала серию цифровых технических приемов обработки сигналов изображения, обеспечивающих качество видеоизображений, временное и пространственное сопряжение, корректировку искажений, снижение шума, усиление изображения и обработку параметров. Датчики на плоских фокальных матрицах обладают значительно большими динамическими диапазонами, чем может быть отображено. Использование "глобального" автоматического регулирования усиления для компенсации этого различия подавляет сценические детали. Техника обработки сигналов локальной зоны обеспечивает способ обработки изображений, базирующийся на их местном контрасте на пиксельном уровне, позволяя оптимизировать детали сцены и в то же время согласуй с динамическим диапазоном дисплея.
Это позволяет также выделить каждое изображение в его частотно-пространственные компоненты. Параметры видеосигнала являются функцией контрастности местной зоны и содержат основные сценические детали. Общий фон представляет общий уровень сцены и затенение более широкой зоны. Объединяющий центр обрабатывает эти компоненты базируясь на временных и пространственных характеристиках и их уровнях соотношения сигнал/шум датчиков. Затем он объединяет параметры сигналов и фонов каждого датчика таким образом, что максимизирует детали результирующего изображения и минимизируя шумы и нежелательные искажения. Эти процессы требуют использования нескольких больших коммутационных панелей, но алгоритмы (программа) слияния могут выполняться компактным компьютером.
Главной ближайшей задачей команды компании ITT Industries/Raytheon является удовлетворение требования ВС США в усовершенствованных ОНВ AN/PVS-7 для замены ОНВ AN/PVS-7 как в боевом, так и во вспомогательном использовании, включая операции в городских условиях. Это требует слияния изображений, базирующегося на объединении электронно-оптического канала, с дальностью действия более 160 м и полем зрения не менее 4(1". с, каналом неохлаждаемого тепловизора с дальностью превышающей 175 м. Общая допустимая масса не должна превышать 450 г, включая источник питания, обеспечивающий работу не менее 15 ч. Плановая цена новых ОНВ не должна превышать 7500 долл.
В технологическом демонстрационном образце ОНВ ENVG компаний ITT Industries и Raytheon используется простое оптическое наложение, но этот метод слияния может измениться. Компания Raytheon предлагает военизированный вариант своей малогабаритной, недорогой тепловизионной камеры, базирующийся на микроболометре с пиксельной платой 160x120 из аморфного силикона. Формирователь изображения работает в длинноволновом ИК диапазоне (LWIR), обеспечивающем наблюдение сквозь задымление. Это особенно важно для боевых действий в городских условиях, в которых использование дымовых гранат является обычной практикой.
Компания ITT Industries разработала небольшой нашлемный датчик, который включает электронно-оптический усилитель/трубку диаметром 16 мм с камерой 1280x1024 пикселов на комплиментарной МОП-структуре (CMOS). Датчики на CMOS начинают заменять те, которые базируются на приборах с зарядовой связью (ПЗС) в специализированных применениях, включая ПНВ. Заявленные преимущества включают: небольшие размеры, малую потребляемую мощность, сниженную стоимость и возможность использования стандартных видеоформатов.
Компания Northrop Grumman в соответствии с контрактом с управлением NVESD разрабатывает камеру, которая включает ее собственные беспленочные трубки и электронику на CMOS компании Saruoff Corp.
Последняя разработала микросхему, которая включает интегральный 12-битовый аналогово-цифровой преобразователь, который, как утверждают, снижает структурный шум до уровня ниже порога видения, и дополняет подход "активного пикселя", который обеспечивает низкий временной шум.
Компания Northrop Grumman также работает над этим вариантом системы слияния/объединения изображений DIFS, которая включает усилительную трубку собственного изготовления Gen IV, тепловизор с фокальной платой из свинцовоселенидовых детекторов, обеспечивающий непрерывное перекрытие диапазона 400 3500 нм. Компания интегрирует свой предыдущий опыт с ранними опытными образцами в ПНВ/прицел DIF/OS-5 (Digital Image Fused Weapon/Obseroation Sight), интегрирующий видовые датчики (тепловизионную камору низкого диапазона LWIR и камеру на сенсорах CMOS, оснащенную ЭО трубкой) с электроникой и оптикой.
Jane's International Defense Review. 2002 .- May .- P. 28, 29, 30, 32-35.
