CC BY
13
Внедрение автоматизированных систем поиска и спасания на море в зоне ответственности МСПЦ Петропавловск-Камчатский предлагается разделить на три этапа:
1-й этап - в портах Петропавловск-Камчатский, Магадан, Анадырь, Провидение, имеющих готовую инфраструктуру, создаются или модернизируются районы А2/А1 ГМССБ, АИС, НАВТЕКС, СУДС, БРЛС, РТСБМ, используются антенны восточной цепи системы «Чайка» для передачи навигационных и метеорологических сообщений в интересах безопасности мореплавания. Устанавливается доступ информации в спасательный подцентр [2, с. 50].
2-й этап - размещаются автономные автоматические метеорологические станции на маяках морского побережья и других расчетных точках, устанавливаются автоматические гидрологические станции в местах активного судоходства.
3-й этап - контролируется перекрытие морского района ответственности МСПЦ Петропавловск-Камчатский всеми системами, проверяется работа автономных автоматических станций на своих частотах и делаются соответствующие объявления для мореплавателей. Организовывается доступ информации в спасательный подцентр Петропавловск-Камчатский. Таким образом, решаются проблемы безопасности судоходства и спасания на море.
Заключение
Приведены основные результаты в проведенном исследовании:
1. Разработана принципиальная логическая схема информационного обмена данными при проведении поиска и спасания, обеспечивающая обработку информации в реальном масштабе времени и высокий уровень организации взаимодействия участников поиска и спасания на море.
2. Создана процедурная модель, позволяющая осуществлять контроль качества работы системы поиска и спасания.
3. Предложены технологии информационного взаимодействия участников поиска и спасания на море.
4. Полученные в работе результаты имеют общий характер и могут быть использованы для создания, развития и совершенствования береговой автоматизированной системы обеспечения поиска и спасания на море.
5. Рекомендован методологический подход совершенствования системы поиска и спасания.
6. Разработана структура и отчетность судов-спасателей по проведению поиска и спасания.
Таким образом, за счет размещения береговых автоматизированных систем безопасности судоходства и совершенствования деятельности спасательных центров, следует ожидать снижение аварийности, уровень безопасности судоходства и спасания на море станет выше. Но не следует ожидать мгновенных результатов. Создавая систему, необходимо наладить ее работу. Вполне понятно определятся функции государства, федеральных и региональных органов в обеспечении морской деятельности, а так же деятельность судовладельцев. Работа морских спасателей МСКЦ (МСПЦ) при этом становится понятной и прозрачной. Каждый должен профессионально заниматься своей деятельностью и не превращать друг друга в статистов.
Список литературы
1. Международная конвенция по поиску и спасанию на море 1979г (САР-79) с поправками 2004г., -СПб.: ЗАО ЦНИИМФ, изд.1998. - 63 с. Серия "Судовладельцам и капитанам", выпуск 12.
2. Международная Конвенция по охране человеческой жизни на море 1974 года (СОЛАС-74). (Консолидированный текст, измененный Протоколом 1988 года к ней, с поправками), - СПб.: ЗАО "ЦНИИМФ", 2002. - 774 с.
3. Руководство по международному авиационному и морскому поиску и спасанию, том II Координация операций, издание первое 1999 года, Лондон/Мон-реаль,1999. - 386 с.
ЛОКАЛЬНАЯ ОПТИЧЕСКАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ В ИНФРАКРАСНЫХ СИСТЕМАХ
С ЛАЗЕРНОЙ ПОДСВЕТКОЙ
Косолапов Геннадий Иванович
Ведущий инженер Филиал ИФП СО РАН «КТИПМ», г. Новосибирск
Хацевич Татьяна Николаевна
Канд. техн. наук, профессор Сибирского государственного университета геосистем и технологий, г. Новосибирск
Хрящев Сергей Валерьевич Научный сотрудник Филиал ИФП СО РАН «КТИПМ», г. Новосибирск
Рассмотрены возможности работы охлаждаемого матричного CdxHg1-xTe (КРТ) тепловизора в режиме од-ноимпульсного и многоимпульсного накопления сигнала с лазерной подсветкой объектов и локальным фильтром. Ключевые слова: тепловизор, лазер, активная система, оптическая фильтрация.
Тепловизионные приборы (ТВП) находят широкое применение в различных областях науки и техники. Одной из возможностей расширения функциональности ТВП является использование активно-импульсного режима (АИР) с подсветкой сцены лазерным излучением. Использование лазерной подсветки позволяет увеличить вероятностные характеристики обнаружения и опознавания объектов наблюдения за счет локальных различий в
отражательных свойствах. Тепловые изображения, сформированные с использованием этого метода, позволяют выявить дополнительные признаки по сравнению с изображениями, получаемыми лишь за счет собственного излучения объектов [1].
В работах [2, 3] рассмотрена работа активных систем видения (АСВ) с использованием охлаждаемых и не-охлаждаемых матричных ТВП в комплексе с импульсным СО2 - лазером. Отмечается [3], что особенно эффективно
преимущество таких АСВ проявляется в условиях, при которых температуры объектов и сцены отличаются менее чем на десятые доли градусов, то есть, когда уменьшается информативность пассивного тепловидения. Результаты анализа статьи [3] послужили стимулом к проведению экспериментальных исследований работы охлаждаемого ТВП при коротких экспозициях включения накопления (от 1.. .5 мкс) в течение одного кадра синхронно с лазерными импульсами подсветки, в том числе и в многоимпульсном режиме накопления (несколько импульсов включения в одном кадре). Исследование работы матричного фотоприемного устройства (МФПУ) в составе ТПВ при коротких импульсах накопления позволяет выявить зависимость выходного сигнала от изменения длительности импульса.
Известно, что матричные охлаждаемые ТВП могут работать с частотами кадровой развертки от 30 до 200 Гц и временем накопления в кадре от 30 до 300 мкс. В нашем эксперименте использовался макет тепловизора на основе матричного охлаждаемого КРТ фотоприемника, разработанного в ИФП СО РАН, имеющего следующие характеристики:
- спектральный диапазон, мкм 7,7 .10,3
- размерность матрицы, элементов 320 х 256
- частота кадров/время кадра, Гц (мс) 200 (5)
- время накопления, мкс 1.30
- относительная спектральная чувствительность
на X = 10,3 мкм, % < 10
30
о
20
ММ. П
Вт — -
м'-щм 1Q
о
5 6 7 8 9 10 11 12 13 % 15
Л, мкм
Рисунок 1 - График спектральной плотности излучения АЧТ
При работе ТВП в режиме одноимпульсного накопления, синхронизированного с лазерной подсветкой, регистрируемый тепловизором сигнал будет зависеть как от теплового поля естественных фоновых образований и искусственных объектов, так и от лазерного излучения, отраженного от объектов наблюдения и направленного во входной зрачок прибора.
Для оценки доли энергетического потока на входе оптической системы ТВП примем, что источником излучения является абсолютно черное тело (АЧТ), а на входе оптической системы имеется узкополосный оптический фильтр для длин волн работы СО2 лазера 9,6 или 10,3 мкм. Светимость АЧТ в спектральном диапазоне ДХ = Х2 - Х1 определяется из следующего выражения [4]: Л2
МЛ = | С1Л-5 [^(С /ЛТ) -1]-1 йЛ
Л1 , (1) где Т - температура тела, К; Х1, Х2 - длины волн границ излучения, мкм;
С1 = 3,7415 -10-16 Вт - м 2; С2 = 1,43879 -10-2 м - К
На рисунке 1 представлен график спектральной плотности излучения АЧТ при 20 °С с полосами пропускания фильтров на длинах волн 9,6 и 10,3 мкм.
Расчетные величины излучения АЧТ в диапазоне X = 9,6 ± 0,1 мкм, X = 10,3 ± 0,1 мкм и X = 7,7 ^ 10 мкм для температур от минус 40 до 40 °С приведены в таблице 1.
На рисунке 2 приведен график спектральной чувствительности одного из вариантов матричного КРТ
приемника и график чувствительности с учётом пропускания «холодного» оптического фильтра, установленного в криостате МФПУ, определяющего рабочий спектральный диапазон МФПУ.
Расчетные величины излучения АЧТ
Таблица 1
T, oC X max, мкм MAX, Вт/м2 X=9,6 ± 0,1 мкм MAX, Вт/м2 X = 10,3 ± 0,1мкм MAX, Вт/м2 X = 7,7 ^ 10 мкм
40 9,26 7,71 7,2 87,1
20 9,89 5,54 5,33 61
0 10,6 3,8 3,79 40,5
-20 11,5 2,46 2,55 25,3
-40 12,4 1,48 1,61 14,6
Рисунок 2. Графики спектральной чувствительности матричного КРТ и МФПУ: 1. график спектральной чувствительности матричного КРТ приемника; 2. график чувствительности МФПУ
Необходимо учитывать при реализации АИР в ТПВ требуются такие значения средней мощности лазерной подсветки, чтобы отраженная составляющая лазерного излучения на входе ТПВ была соизмерима с величинами собственного теплового излучения объектов на наблюдаемой сцене, собираемого оптикой ТВП. Из таблицы 1 видно, что расчетные величины светимости АЧТ в спектральных диапазонах 9,6 ± 0,1 мкм и 10,3 ± 0,1 мкм, например при температуре 40 °С составляют соответственно 7,71 Вт/м2 и 7,2 Вт/м2.. Для реальных объектов эти значения могут быть меньше на один-два порядка, но всё равно требования к энергетике лазерной подсветки остаются высокими.
Для выделения фрагмента изображения, освещаемого лазерным излучением, целесообразно использовать оптический фильтр, например, в центральной части поля зрения тепловизора, а остальная часть поля зрения регистрирует излучение в заданном спектральном диапазоне (например, 8...10 мкм), который определяется холодным фильтром криостата. Сформированное тепловизионное изображение обеспечивает одновременное наблюдение всего поля зрения и его центральной части, освещаемой лазером.
Максимальная облученность в плоскости МФПУ в диапазоне от 7,7 до 10 мкм, которую допускает МФПУ, по
измерениям в ИФП СО РАН, составляет 30 Вт/м2, что соответствует току с одного пикселя порядка 200 нА при времени накопления около 10 мкс. Исследования показали, что воздействия лазерных излучений с большой импульсной мощностью в одноимпульсном режиме приводят к перегрузке МФПУ из-за ряда особенностей схемной организации существующего мультиплексора МФПУ, вследствие значительного сопротивления подложки матрицы фотодиодов и транзисторной схемы управления. Следовательно, на данном этапе, с существующим МФПУ целесообразнее использовать метод многоимпульсной подсветки в течение кадра, т.е. многоимпульсного накопления [5] с невысокой импульсной мощностью лазера, но достаточно высокой частотой повторения импульсов.
Для демонстрации возможности метода многоимпульсного накопления в кадре и определения минимальной допустимой длительности импульсов проведен ряд измерений уровня выходного сигнала МФПУ при различных сочетаниях длительности и количества заполняющих импульсов. Результаты этих измерений представлены на рисунок 3. Суммарное время интегрирования определяется произведением числа импульсов N и длительности единичного импульса Тимп. МФПУ от суммарного времени интегрирования фотосигнала для различных длительностей заполняющих импульсов.
Рисунок 3 - Зависимость выходного сигнала произвольно выбранного пиксела от суммарного времени
интегрирования в течение кадра: 1- длительный импульс; 2- Тимп= 5 мкс; 3- Тимп= 2 мкс; 4- Тимп= 1 мкс; 5- Тимп= 0,5 мкс.
Некоторое снижение уровня выходного сигнала с уменьшением длительности заполняющих импульсов, очевидно, связано с потерями времени на коммутацию фотодиодов. «Потерянное» время в нашем случае составляет приблизительно 0,25 мкс на один импульс, однако это не является ограничением метода, т.к. уменьшение эффективного времени интегрирования всегда может быть
скомпенсировано увеличением количества заполняющих импульсов.
Обычно при технической реализации лазерной подсветки в активных системах в их приемную часть вводится интерференционный фильтр с шириной пропускания, согласованной с излучением импульсного лазера, перекрывающий все поле зрения системы и ослабляющий
естественный поток от наблюдаемой сцены, попадающий на приемник. Переход из активного режима работы в пассивный сопровождается выводом указанного фильтра из хода лучей приемной части тепловизора, что требует некоторого времени и не позволяет одновременно обеспечить представление в выходном изображении двух изображений, сформированных в активном и пассивном режимах. Так как увеличение дальности видения в активном режиме требует значительного увеличения мощности лазерного излучения, то при значительных расстояниях до объектов применяют лазерную подсветку только части поля зрения тепловизионной системы. Иногда для увеличения зондируемой площади (увеличения поля подсветки) используют сканирующие системы, обеспечивающие возможность последовательной подсветки объектов лазерным излучением небольшой расходимости в пределах поля зрения (или его части) тепловизионной системы.
В развитии тепловизионных систем с лазерной подсветкой с целью их функционального совершенствования предлагается к рассмотрению ниже описываемое техническое решение [6], реализующее АИР и обеспечивающее повышение скорости обнаружения замаскированных и слабо обнаруживаемых в пассивном режиме объектов; достижение возможности одновременной работы теплови-
зионной системы в пассивном и активном режимах с одновременным представлением в выходном изображении двух изображений, сформированных в активном и пассивном режимах; возможность увеличения дальности видения системы в активном режиме без значительного увеличения мощности лазерного излучения. Суть его заключается в том, что оптическая система приемной части тепловизионной системы формируется с плоскостью промежуточного действительного изображения, в которой стационарно устанавливается оптический фильтр, причем геометрические размеры фильтра меньше размеров действительного изображения пространства предметов, формируемого оптической системой в плоскости промежуточного действительного изображения. В результате достигается компромиссный вариант, обусловленный современным уровнем развития элементной базы тепловизионных и лазерных систем, использующий преимущества активной импульсной подсветки и минимизирующий ее недостатки в пассивных наблюдательных тепловизион-ных системах.
На рисунке 4 приведена блок-схема тепловизион-ного прибора, в котором реализованы локальная оптическая фильтрация и импульсная лазерная подсветка объектов.
1 2 3
I
5
7 V Ю
8 о- 9
Рисунок 4 - Блок-схема тепловизионного прибора: 1 - объектив ТПВ; 2 - оптический фильтр; 3 - германиевая подложка; 4- проекционная система; 5 - коллимирующая оптическая система; 6 - тепловизор; 7 - источник питания; 8 - лазер импульсный; 9 - блок электронной обработки, управления, синхронизации и дальнометрирования;
10 - ТВ - монитор
Оптическая система может выполняться различным образом, например, в составе входного объектива и проекционной системы, между которыми расположена плоскость промежуточного изображения, в которой стационарно установлен локальный оптический фильтр: подложка 3, например из германия, с нанесенным на нее интерференционным покрытием, выполняющим роль фильтра 2, при этом геометрический размер фильтра меньше размеров промежуточного изображения. Собственно локальный оптический фильтр, например, может быть напылен в центральной части подложки, обеспечивая высокий коэффициент пропускания отраженного от объектов лазерного излучения и подавляя излучения других длин волн, соответствующих спектральному диапазону чувствительности МФПУ. Величина полосы пропускания фильтра выбирается в соответствии с длиной волны генерации лазера (например, в диапазоне 9,6.10,3 мкм), лежащей в рабочем диапазоне спектральной чувствительности МФПУ, при этом фильтр должен обеспечивать ослабление фоновой составляющей не менее, чем на порядок. Таким образом, оптический фильтр 2 действует не на всё поле зрения, а на ограниченную, например, его центральную часть, позволяя оператору наблюдать остальную, большую, часть поля зрения тепловизионной системы в
пассивном режиме, облегчая тем самым ориентирование в пространстве объектов наблюдения. В результате обеспечивается возможность одновременного наблюдения двух изображений, сформированных в активном и пассивном режимах работы тепловизионной системы. Таким образом, работая в режиме без лазерной подсветки, оператор видит на экране монитора тепловое изображение сцены, в центральной части которой наблюдается темное пятно. При активном режиме работы в центральной зоне формируется изображение. Наличие локального фильтра, установленного в плоскости промежуточного изображения оптической системы, ослабляет фоновую составляющую ИК излучения, обеспечивая увеличение видимого контраста объектов, облученных лазером.
В заключение отмечается, что использование многоимпульсного режима накопления с синхронной лазерной подсветкой повышает возможность выделения малоконтрастных объектов за счет увеличения средней мощности лазерного излучения при коротких импульсах подсветки, а также позволяет реализовать возможности импульсного стробирования, измерения дальности, просмотра сцены по глубине пространства. Ожидается, что предложенный многоимпульсный метод регистрации совместно с лазерной подсветкой и локальной фильтрацией позволит улучшить зондирующие характеристики тепло-
визионных АСВ в различных условиях состояния атмосферы, а также видимость объектов в тумане, дымках, искусственных постановках защитных помех.
Список литературы
1. Карельский В.Г. Анализ возможности применения лазерной подсветки с мкм в системах ИК-наблюдения и оптической локации // Прикладная физика. - 2001. - №1. - С. 5-12.
2. А.Н. Свиридов Расчет предельных параметров активной системы видения на основе не сканирующего тепловизора // Прикладная физика. - 2003. -№1. - С. 143-153.
3. А.Н. Свиридов Предельная чувствительность приемных устройств, содержащих СО2 - квантовый усилитель и смотрящий тепловизор // Прикладная физика. - 2007. - №5. - С. 118-126.
4. Тарасов В.В., Якушенков Ю.Г. Инфракрасные системы смотрящего типа. - М.:Логос, 2004. - С. 2833.
5. Марчишин И.В., Алдохин П.А., Косолапов Г.И., Хрящев С.В., Чурилов С.М., Шатунов К.П. Работа матричного охлаждаемого CdxHg1-xTe приемника для реализации активно-импульсного режима работы тепловизионного комплекса// Системы наблюдения, мониторинга и дистанционного зондирования Земли. Материалы VI научно-технической конференции. - М, 2009. - С. 234-238.
6. Патент RU 2447401 С1. Тепловизионная система с лазерной подсветкой / Косолапов Г.И. и др.; патентообладатель Учреждение Российской академии наук Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения РАН. - Опубл. 10.04.2012, Бюл. № 10.
РАСПРЕДЕЛЕННЫЙ ИСПЫТАТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР
Костылева Вера Михайловна
Начальник отдела химии ФГУП «ВНИИ СМТ», Москва Муратова Надежда Михайловна Канд. хим. наук, заместитель директора по науке ФГУП «ВНИИ МСТ», Москва
Анцыферов Сергей Сергеевич
Докт. тех. наук, профессор, заведующий кафедрой метрологии и стандартизации МГТУ МИРЭА, Москва
АННОТАЦИЯ
В настоящей статье описана методология создания распределенного испытательного центра, позволяющего решать различные задачи по испытаниям инновационных материалов. Распределенный испытательный центр позволит решать такие задачи, как изучение свойств инновационной продукции, набор статистических данных для установления норматива показателя, подтверждение соответствия инновационной продукции установленным требованиям, идентификация продукции, организация межлабораторных сравнительных испытаний и т.д. Распределенный испытательный центр позволит оптимально использовать ресурсы, в том числе и лабораторий, будет способствовать обеспечению качества проведения испытаний, в том числи и при проведении испытаний/исследований на различных площадках, так как испытания будут проходить под руководством одного специалиста и по единому плану. ABSTRACT
This article describes the methodology for the creation of distributed test center, allowing to solve various problems for testing innovative materials. The distributed test center will allow tasks such as the study of the properties of innovative products, a set of statistics to establish standard indicators, confirmation of compliance with the established requirements of innovative products, product identification, the organization of inter-laboratory comparison tests, etc. The distributed test center will allow optimal use of resources, including laboratories, will help ensure the quality of the test, including during tests/studies at various venues since the test will take place under the supervision of a specialist and a single plan.
Ключевые слова: материалы, испытания, распределенный испытательный центр
Keywords: materials, testing, distributed testing center
Важность и необходимость инновационного развития Российской Федерации отмечена на государственном уровне, распоряжением Правительства Российской Федерации от 8 декабря 2011 г. № 2227-р утверждена стратегия инновационного развития Российской Федерации на период до 2020 года.
В настоящее время создается многообразие различных инновационных материалов, находящих применение в различных областях, в том числе наноматериалы, материалы для радиоэлектроники, композитные материалы и т.д.
Современные материалы характеризуются целым комплексом характеристик: показатели, характеризующие технологичность продукции, показатели потребительских свойств, пожарной безопасности, гигиенические показатели, физико-химические, показатели надежности и т.д.
Для получения широкого распространения и формирования спроса инновационные материалы должны обладать более высокими показателями качества и безопасности по сравнению с существующими материалами, при этом эти показатели должны быть подтверждены результатами испытаний.
Для испытаний инновационной продукции применяют как традиционные средства измерений и испытательное оборудование, так и технические средства измерений и испытательное оборудование с новыми функциональными возможностями, при этом к квалификации специалистов предъявляются особые требования.
При проведении испытаний инновационного материала приходится решать различные задачи и зачастую оказывается, что провести весь спектр испытаний инновационного материала в рамках одной испытательной лаборатории или центра не представляется возможным в силу
