CC BY
77
УДК 621.397.681.772.7.535
А. А. Умбиталиев, А. К. Цыцулин, В. Д. Смирнов, И. Д. Егельский
КОМПОНОВКА МНОГОКАНАЛЬНОЙ АППАРАТУРЫ ИНФРАКРАСНОГО И МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНОВ
Осуществление регистрации малоконтрастных объектов, имеющих различную температуру, стало в настоящее время актуальной задачей для многих видов оптико-электронной аппаратуры. Рассмотрен вариант многоканальной аппаратуры, каждый из каналов которой решает свою частную задачу в условиях малого контраста регистрируемых объектов и в условиях низкой освещенности.
Ключевые слова: малоконтрастный объект, многоканальная аппаратура, спектральный диапазон.
Задача наблюдения малоконтрастных объектов в условиях предельно мощных фоновых помех является сложной для обнаружительной аппараты независимо от спектрального диапазона работы. Впервые проблемами решения задач регистрации малоконтрастных объектов в условиях фоновых помех и низкой освещенности в видимой области спектра занялся академик С. И. Вавилов [1, 2] и его ученики А. В. Луизов, А. С. Лебедев [3].
Задача регистрации малоконтрастных объектов, имеющих различную температуру (от „холодных" до „теплых"), является и в настоящее время актуальной, ее следует решать путем создания комплексов аппаратуры, включающей несколько спектральных каналов.
Таким образом, требуется:
— разработка аппаратуры сверхвысокой чувствительности, работающей в видимом диапазоне в условиях предельно низкой освещенности при предельно низком контрасте наблюдаемых объектов к окружающему их фону;
— разработка высокочувствительной аппаратуры визуализации „теплых" и „холодных" объектов;
— разработка малогабаритной чувствительной аппаратуры, работающей в длинноволновом диапазоне (радиодиапазоне);
— объединение всех каналов аппаратуры в единый конструктивный комплекс с взаимопривязкой осей наведения („осей визирования") каждого канала (с точностью до угловых секунд) в общую для всего комплекса „прицельно-визирную" ось.
Следует заметить, что для создания аппаратуры, функционирующей в нескольких спектральных диапазонах [4—7], необходимо обоснованно выбирать базовый рабочий спектральный диапазон, определяющий максимальную точность всего комплекса. Следовательно, требуется грамотно распределять функции между спектральными каналами. Базовую область спектра можно определять, используя известную формулу: Да = 2,44Х/О.
Из формулы следует, что предел углового разрешения (Да), а следовательно и точность наведения на визируемый объект, находится в прямой зависимости от длины волны (X, мкм) рабочего диапазона спектра и диаметра (О, мм) входного зрачка аппаратуры (т.е. увеличение длины волны при одних и тех же размерах О приводит к созданию менее точного канала).
Целесообразно разделить основные функции комплекса обнаружительной аппаратуры по малоконтрастным объектам (в условиях плохой видимости: дождь, туман, ночь, пыль) на:
— „поисковую" задачу (грубое нахождение регистрируемого объекта), которая решается в длинноволновом спектральном канале;
— „опознавательную координатно-измерительную" задачу, которая решается в коротковолновом высокоразрешающем спектральном интервале (видимом или ближнем ИК-диапа-зонах).
Компоновка многоканальной аппаратуры инфракрасного и миллиметрового диапазонов 77
На рис. 1 представлена принципиальная схема соосной компоновки многоканального комплекса обнаружительно-опознавательной аппаратуры, работающего в видимом и ИК-диапазонах, а также в миллиметровой области спектра. Как показано на рисунке, коротковолновая „опознавательная" телевизионная камера 1 расположена перед приемником радиодиапазона 2 (в „мертвой" зоне) на оптической оси комплекса (3 — антенна, 4 — основание комплекса).
Рис. 1
На рис. 2 приведена принципиальная схема оптической системы трехканальной „опознавательной" телевизионной камеры (1 — сверхчувствительная телевизионная камера видимого и ближнего ИК-диапазонов спектра; 2 — матричный ПЗС; 3 — зеркало; 4 — ИК-ФПУ (для ДХ = = 8—14 мкм) либо модулятор потока типа „равномерная решетка"; 5 — одноэлементный приемник „теплового диапазона"; 6 — ИК-ФПУ (для ДХ = 3 —5 мкм); 7 — зеркальная оптическая система, работающая в двух спектральных диапазонах (ДХ = 3—15 и 8—14 мкм)).
1 2 3 4
Рис. 2 Рис. 3
По этой схеме наиболее коротковолновая телевизионная камера (видимого диапазона), работающая с „накоплением", находится перед контрзеркалом чисто зеркального телескопа, способного регистрировать излучение в окнах прозрачности атмосферы в любом участке ИК спектрального диапазона [6].
На рис. 3 представлен один из вариантов первичной обработки информации ИК-камеры, устанавливаемой соосно (рис.1) перед приемником радиоантенны комплекса аппаратуры: 1 — блок оптических компонентов; 2 — охлаждаемый модулятор типа „восьмисекторная
7
5
3
4
1
2
равномерная решетка" с охлаждаемой апертурной диафрагмой; 3 — германиевый коллектив; 4 — одноэлементный ИК-приемник излучения.
В настоящее время задача создания ИК-аппаратуры имеет аппаратную реализацию как минимум в трехканальном варианте.
1. Вавилов С. И. Микроструктура света. М.: Изд-во АН СССР, 1950.
2. Вавилов С. И. Флуктуации при световой адаптации глаза // ЖЭТФ. 1942. № 12. С. 105.
3. Луизов А. В. Инерция зрения. М.: Оборонгиз, 1961.
4. Цыцулин А. К. Телевидение и Космос. СПб: Изд-во СПбГЭТУ „ЛЭТИ", 2003.
5. Смирнов В. Д. Оптико-электронные сканирующие системы. СПб: Изд-во „Петербургский институт печати",
6. Смирнов В. Д. Патент РФ № 48616. „Устройство дистанционного обнаружения". Приоритет 18.05.2005 г.
7. Смирнов В. Д. Оптические и оптико-электронные системы космического технического зрения для беспилотных летательных аппаратов. СПб: Изд-во „Петербургский институт печати", 2006.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
2004.
Александр Константинович Цыцулин
Всеволод Дмитриевич Смирнов
Александр Ахатович Умбиталиев
Иван Денисович Егельский
Сведения об авторах
Научно-исследовательский институт телевидения, Санкт-Петербург, E-mail: [email protected] Научно-исследовательский институт телевидения, Санкт-Петербург, E-mail: [email protected] Научно-исследовательский институт телевидения, Санкт-Петербург, E-mail: [email protected] Научно-исследовательский институт телевидения, Санкт-Петербург, E-mail: [email protected]
Рекомендована институтом
Поступила в редакцию 12.03.08 г.
