CC BY
108
Методология и организация научных исследований
УДК 621.373.826, 623.4.023.472, 623 : 681.7, 681.785
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЛАБОРАТОРИЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ И ТЕХНОЛОГИЙ СГГА:
ОСНОВНЫЕ ИТОГИ ПЕРВОГО ДЕСЯТИЛЕТИЯ
Виктор Брунович Шлишевский
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доктор технических наук, профессор кафедры наносистем и оптотехники, тел. (383)343-91-11, e-mail: [email protected]
Дан краткий обзор работ научно-исследовательской лаборатории перспективных оптико-электронных систем и технологий СГГА по заказам Министерства обороны страны.
Ключевые слова: жидкие линзы, натурные эксперименты и испытания, научная лаборатория СГГА, определение координат, оптико-электронные системы, оптический затвор.
SSGA RESEARCH LABORATORY OF ADVANCED OPTOELECTRONIC SYSTEMS AND TECHNOLOGIES: HIGHLIGHTS OF THE FIRST DECADE
Viktor B. Shlishevsky
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo Str., Ph. D., Professor of Nanosystems and Оptical devices department, tel. (383)343-91-11, e-mail: [email protected]
A brief review of researches of the SSGA Laboratory of advanced optoelectronic systems and technologies on the orders of the Ministry of National Defense.
Key words: liquid lens, field experiments and tests, SSGA scientific Laboratory, determination of position, optoelectronic systems, light valve.
В начале 2000-х годов, в связи с улучшением общего экономического положения в стране, для обеспечения опережающего задела в научных исследованиях и разработках перспективного, в том числе нетрадиционного, вооружения, военной и специальной техники (ВВСТ) вновь стали привлекаться высшие учебные заведения. При этом сама возможность участия в подобных работах согласно действующим на тот момент нормативным актам определялась обязательным наличием у исполнителя сертифицированной системы менеджмента качества (СМК) [1-3].
Сохранив основные научные кадры и имея опыт работы с силовыми структурами и ведомствами в доперестроечный период, не осталась в стороне и Сибирская государственная геодезическая академия (СГГА). В августе 2003 г. приказом ректора № 1/125 в составе научно-исследовательского сектора академии для выполнения научно-исследовательских работ (НИР) по заказам Министерства обороны РФ и других государственных заказчиков было создано отдельное структурное подразделение - научно-исследовательская лаборатория перспективных оптико-электронных систем и технологий (НИЛ ПОЭСТ).
143
Методология и организация научных исследований
Предварительно (в 2001-2002 гг.) был осуществлен комплекс необходимых подготовительных работ и мероприятий [4], который позволил академии вначале получить от Института испытаний и сертификации вооружения и военной техники «Заключение», удостоверяющее наличие и эффективность СМК, обеспечивающей условия выполнения гособоронзаказа, а затем (в 2002 г.) -первыми из вузов за Уралом и лицензию на производство вооружения и военной техники от Российского агентства по обычным вооружениям.
Согласно утвержденному «Положению» о статусе лаборатории, на НИЛ ПОЭСТ возложены следующие основные задачи:
- проведение приоритетных фундаментальных, поисковых и прикладных научных исследований, направленных на разработку новых оптико-электронных приборов (ОЭП) и систем (ОЭПС), в том числе для задач Министерства обороны РФ и других государственных заказчиков;
- поиск и отбор наиболее эффективных методологических, технических и технологических решений в области военного оптико-электронного приборостроения, организация работ по их внедрению;
- разработка и внедрение программного обеспечения для решения задач в области оптического и оптико-электронного приборостроения;
- разработка технологий и технологических схем изготовления новой элементной базы ОЭПС;
- осуществление авторского надзора за дальнейшей разработкой и внедрением ОЭПС на предприятиях;
- подготовка научно-технических прогнозов и предложений по перспективным направлениям развития оптико-электронного приборостроения;
- подготовка специалистов и научных кадров для организаций, предприятий и НИИ соответствующего профиля.
Научным руководителем и начальником НИЛ ПОЭСТ был назначен Почетный работник высшего профессионального образования РФ, доктор технических наук, профессор В. Б. Шлишевский, а базовой кафедрой определена кафедра оптических приборов СГГА (с 2012 г. - кафедра наносистем и оптотехники).
Ведущими специалистами лаборатории стали: кандидат технических наук, доцент Т. Н. Хацевич, кандидат технических наук, доцент И. О. Михайлов, кандидат технических наук, доцент Г. П. Сивцов, доцент А. М.-Ш. Итигин. Позже к ним присоединились доктор технических наук, профессор В. В. Чесноков, кандидат технических наук, доцент В. С. Ефремов, кандидат технических наук Д. В. Чесноков, а также ряд других штатных и внештатных научных сотрудников и инженерно-технических специалистов.
За истекший период силами лаборатории в рамках гособоронзаказов были успешно завершены четыре научно-исследовательские работы (НИР).
В 2003-2005 гг. в тесном содружестве с Конструкторско-технологическим институтом прикладной микроэлектроники СО РАН выполнена поисковая НИР «Сеть-Геодезия» (ответственный исполнитель к.т.н., доцент Т. Н. Хацевич), направленная на создание работающей скрытно в автоматическом режиме оптико-электронной системы оперативного определения координат огневых
144
Методология и организация научных исследований
целей вероятного противника, обнаруживающих себя вспышкой выстрела [5-10]. Предложенная концепция основана на идее двухканальной регистрации световой вспышки с помощью многоэлементных фотоприемных устройств (ФПУ), последующем анализе и преобразовании электронных сигналов по специальной методике и выдачи полярных координат найденных целей в цифровой форме.
Использование многоэлементных ФПУ должно было обеспечить возможность последовательной регистрации координат всех целей, попавших в поле зрения прибора, при минимальных временных интервалах между выстрелами. Принципиальный облик разработанной системы представлен на рис. 1.
По результатам энергетических расчетов были проработаны компоновочные решения оптических систем и выбраны наиболее оптимальные схемные построения. В качестве примера на рис. 2 приведены схемы объективов для двух вариантов построения системы: с единой визирной осью и с параллельными осями двухспектральных каналов. Каждая из схем предполагает разнообразные композиционные исполнения: объективы каналов могут быть как полностью раздельными, так и содержать общие элементы, могут быть как линзовыми, так и зеркально-линзовыми; физическое деление излучения на спектральные диапазоны может происходить как на входном зрачке, так и внутри системы, с использованием как зеркальных, так и дихроичных покрытий; в качестве многоэлементных приемников излучения могут использоваться как матричные, так и линейчатые ФПУ.
Все рассчитанные объективы имеют относительное отверстие 1 : 2 и угловое поле зрения в пространстве предметов 10°.
Разработанная электронная схема анализа и преобразования сигналов с автоматической выдачей полярных координат целей в цифровой форме структурно состоит из блока преобразователей, блока первичной обработки информации и специализированного вычислительного устройства. Блок входных преобразователей содержит два информационных канала на различные спектральные диапазоны - видимый и инфракрасный (ИК). Блок первичной обработки информации обеспечивает аналого-цифровое преобразование, временную разностную обработку сигналов изображения и ввод данных в вычислительное устройство, которое производит логическую обработку сигналов, поступающих со всех информационных датчиков, сопоставляет характеристики излучения каждого элемента с эталоном, выбирает элемент, наиболее близкий к эталону, и формирует результаты (целеуказание) для средств огневого поражения.
Рис. 1. Принципиальный облик системы определения координат световых вспышек
145
Методология и организация научных исследований
в)
г)
Рис. 2. Оптические схемы объективов с одной общей (а, б) и двумя параллельными (в, г) визирными осями каналов
Заключительные экспериментальные исследования и натурные испытания разработанной системы на основе специализированных матричных ФПУ проводились на полигонном участке СФ ГУ НПО «СТиС» МВД РФ на территории учебного центра НВИ ВВ МВД РФ совместно с представителями названного учебного центра. Метеоусловия во время испытаний: температура 18-20 °С днем и 10-15 °С ночью, переменная облачность, кратковременные слабые осадки в виде дождя (вечером и ночью), влажность до 100 %.
В обоих каналах использовались фотоприемные матрицы ФППЗ БШ-22М в корпусе криостата; формат матриц 256 х 256 элементов, размер пикселов 40 х 40 мкм, температурная чувствительность 70 мК, кратность пересветки 1 000, инерционность 10-9 с. Для охлаждения применялись микрокриогенные системы с циклом Стирлинга типа МСМГ-5А-1,3/80. Частота кадровой развертки 25 кадр ./с, тип развертки - чересстрочная.
В процессе испытаний были уверенно зарегистрированы вспышки выстрелов из автомата АК-74 и винтовки СВД на всех дальностях, возможных в условиях полигона (до 1 000 м), с относительными погрешностями определения расстояний в пределах 0,16-0,65 %. Средняя арифметическая погрешность измерения азимута составила 0,2', средняя арифметическая погрешность измерения угла места цели - 0,4'; время определения координат вспышки выстрела не превысило 1 с; макет системы позволил также выделить две одновременно происходящие вспышки выстрелов, расстояние между которыми составляло около 20 м. На возможность и точность обнаружения огневых вспышек
146
Методология и организация научных исследований
не влияло и наличие высокоэнергетической помехи в виде сигнальной ракеты, если только ее огонь не перекрывал пламя выстрела.
В качестве примера на рис. 3 показаны типичные изображения калибровочных кадров с указанием значений (в пикселах) положения изображения световых вспышек (пламя выстрела и эталонный источник излучения) на матричных фотоприемниках обоих каналов (дистанция ~ 960 м, возвышение ~ 24 м).
Результаты НИР в дальнейшем могут быть использованы, например, в оптико-электронных комплексах оперативного высокоточного целеуказания и маркирования объектов.
Выстрел из автомата АК боевым патроном с позиции 9 (первый канал)
63 пике
Выстрел из автомата АК боевым патроном с позиции 9 (второй канал)
Пламя выстрела
Рис. 3. Примеры калибровочных изображений вспышек выстрелов из автомата АК-74 (а) и винтовки СВД (б)
147
Методология и организация научных исследований
В 2003-2005 гг. лаборатория участвовала в выполнении комплексной НИР «Бурелом» по созданию унифицированного ряда новых модулей перспективных каналов ультрафиолетового (УФ) диапазона спектра для ОЭПС наблюдения, разведки, наведения оружия, прицеливания, вождения и пилотирования (ответственный исполнитель - ведущий инженер И. А. Шитикова) [11-16]. В качестве контрагентов к работе привлекались ФГУП «22 Центральный научно-исследовательский испытательный институт Министерства обороны РФ» и Институт оптики атмосферы СО РАН.
Организация информационного канала в УФ-области спектра для ряда специальных задач привлекательна тем, что для длин волн короче 290 нм фон солнечной радиации у поверхности Земли практически отсутствует из-за поглощения озоном в верхних слоях атмосферы, что обеспечивает независимость функционирования ОЭПС от времени суток и ориентации приемника излучения относительно Солнца. С другой стороны, трудность построения канала в данной области обусловлена предельно малой интенсивностью полезных сигналов и отсутствием необходимого объема исходных данных по фоноцелевой обстановке (ФЦО), без которого невозможны выбор оптимального облика ОЭСП и объективный прогноз эффективности конкретных разработок. В связи с этим при разработке перспективных УФ-ОЭСП должны быть использованы и новая элементная база, и новые принципы построения, совместно повышающие светосилу системы и обеспечивающие в итоге необходимое значение отношения сигнал/фон.
Изложенные обстоятельства определили основные направления исследований.
1. Дан анализ состояния и перспектив развития элементной базы для военных ОЭПС УФ-диапазона спектра. Предложено наибольшее внимание уделить разработке отечественных электронно-оптических преобразователей, координатно-чувствительных фотоприемников, ПЗС с виртуальной фазой и оптических фильтров для выделения рабочих отдельных областей внутри УФ-диапазона спектра. Приведенный перечень приоритетных направлений можно рассматривать и уточнять в рамках предварительного этапа обоснования работ, направленных на создание необходимой элементной базы УФ-ОЭПС военного назначения. Дальнейший этап обоснования должен носить программный характер и обеспечивать комплексную увязку технических характеристик разрабатываемых приборов, их компонентов, алгоритмов, исходных материалов, покрытий, временную координацию работ и концентрацию финансовых ресурсов на развитии основных технологий изготовления необходимых компонентов систем.
2. Исследованы отражательные свойства и подготовлены первичные данные по спектральным коэффициентам отражения и спектрам люминесценции более 50 образцов природного и искусственного происхождения для 16 длин волн, а также характеристик атмосферного канала распространения оптического излучения по горизонтальным и наклонным трассам в диапазоне 230-400 нм; оценена возможность детектирования и идентификации объектов на основе
148
Методология и организация научных исследований
спектрального анализа их отражательных свойств в условиях развитого процесса люминесценции и без него.
Выборочные результаты измерений для некоторых характерных образцов в области 250-300 нм приведены в таблице.
Таблица
Коэффициенты отражения некоторых материалов в области 250-300 нм
Наименование материалов Коэффициент отражения для длин волн X
250 нм 260 нм 270 нм 280 нм 290 нм 300 нм
Камуфляж 0,05-0,11 0,05-0,11 0,05-0,11 0,05-0,11 0,05-0,11 0,05-0,11
Брезент желто-зеленый 0,13 0,08 0,08 0,07 0,10 0,11
Ткань х/б белая 0,88 1,00 > 1,00 > 1,00 > 1,00 > 1,00
Ткань шерстяная белая 0,11 0,12 0,12 0,13 0,14 0,15
Металл черный (прокат) 0,13 0,12 0,12 0,12 0,11 0,11
Алюминий (прокат) 0,47 0,52 0,58 0,55 0,56 0,56
Медь (прокат) 0,18 0,17 0,18 0,15 0,17 0,14
Нержавеющая сталь (прокат) 0,28 0,35 0,32 0,32 0,31 0,32
Латунь 0,27 0,32 0,38 0,43 0,40 0,47
Краска на металле-1 0,10 0,17 0,10 0,13 0,15 0,16
Краска на металле-2 0,11 0,13 0,12 0,15 0,16 0,17
Кирпич красный 0,11 0,10 0,16 0,18 0,12 0,12
Кирпич силикатный 0,17 0,15 0,20 0,20 0,19 0,24
Бетон 0,15 0,17 0,21 0,20 0,20 0,27
Мрамор белый 0,29 0,30 0,31 0,32 0,33 0,35
Пленка полиэтиленовая 0,24 0,26 0,24 0,23 0,28 0,24
Резина черная автомобильная 0,12 0,13 0,14 0,15 0,17 0,30
Лист растит.-1, лицевая сторона 0,11 0,12 0,13 0,12 0,11 0,12
Лист растит.-1, тыльная сторона 0,12 0,15 0,14 0,14 0,17 0,13
Лист растит.-2, лицевая сторона 0,13 0,14 0,13 0,10 0,12 0,11
Лист растит.-2, тыльная сторона 0,10 0,11 0,14 0,11 0,12 0,11
Кора березы 0,51 0,50 0,55 0,59 0,61 0,63
Дерево (сосна) 0,11 0,12 0,11 0,10 0,12 0,13
Дерево(кедр) 0,10 0,11 0,11 0,09 0,11 0,11
Хвоя сосны < 0,10 < 0,10 < 0,10 < 0,10 0,10 0,10
Хвоя кедра < 0,10 < 0,10 < 0,10 < 0,10 0,10 0,10
Хвоя ели 0,11 0,11 0,12 0,12 0,12 0,12
3. Даны теоретические оценки и прогноз качества УФ-изображения в условиях атмосферных помех. Проведены натурные экспериментальные исследования контрастов объект/фон в изображениях тест-объекта и отдельных реальных объектов в различных метеоусловиях, в том числе, при наблюдениях через дымовой аэрозоль.
4. Проанализированы и обобщены предложения по методикам проведения натурных испытаний по исследованию характеристик ФЦО для наземных и воздушных целей, необходимые для полетных испытаний оптико-электронных модулей (ОЭМ) УФ-диапазона. Организованы натурные испытания ОЭМ,
149
Методология и организация научных исследований
основной целью которых являлась экспериментальная оценка возможностей применения разнотипной оптико-электронной аппаратуры для исследования пространственных и спектрально-энергетических характеристик элементов ФЦО в УФ-области спектра. В соответствии с этим задачами испытаний ставилось:
- проведение аэросъемки тестовой мишенной обстановки и необходимых синхронных наземных измерений в интересах определения технических характеристик ОЭМ в авиационном варианте эксплуатации и оценки соответствия тактико-технических характеристик ОЭМ поставленным требованиям;
- проведение аэросъемки и наземных измерений типовых наземных и морских военных объектов в интересах получения разноспектральной информации, необходимой для оценки возможностей применения ОЭМ в задачах исследования характеристик ФЦО в УФ-диапазоне спектра.
Для решения указанных задач использовалась бортовая и наземная аппаратура в составе:
1) авианоситель - комплексная самолетная лаборатория «Фотон» (самолет Ан-30) НИЦ-2 4 ЦНИИ МО РФ;
2) испытуемые ОЭМ УФ-диапазона - спектральный и телевизионный модули разработки Конструкторско-технологического института прикладной микроэлектроники СО РАН, видеоспектральный модуль разработки Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики, малогабаритный бортовой спектральный модуль разработки ФГУП «ВНЦ "Государственный оптический институт им. С. И. Вавилова"»;
3) вспомогательная бортовая аппаратура - цифровая цветная фотокамера CANON EOS 1D Mark II, оптико-электронный сканер «Везувий-ЭК» видимого и ИК-диапазонов спектра, видеоспектрометр «Фрегат» видимого диапазона спектра, комплекс навигационных спутниковых приемников, комплекс контроля ориентации самолета в пространстве;
4) наземные средства измерений и калибровки - объекты мишенного комплекса (специально созданные калибровочные радиальные миры, элементы подстилающей поверхности с известными геометрическими и/или спектроэнергетическими характеристиками), полевой многоканальный фотометр ПМКФ со спектральным каналом УФ-диапазона (290-380 нм), стандартная метеорологическая и актинометрическая аппаратура (аспирационный психрометр, анемометр, люксметр, актинометр, пиранометр и др.).
В процессе испытаний исследовались следующие объекты ФЦО:
1) авиационная техника, автомобили аэродромного обслуживания и типовые элементы инфраструктуры аэродрома - фронтовой бомбардировщик Су-24 в различных режимах функционирования («холодный» на стоянке и с запущенными двигателями), военно-транспортный самолет Ан-30, многоцелевой вертолет Ми-8, аэродромный передвижной агрегат АПА-80, защищенные железобетонные капониры, аэродромные покрытия (взлетно-посадочная полоса, рулежные дорожки, стоянки), характерные фоны в районе аэродрома (поле, лес);
150
Методология и организация научных исследований
2) военно-морская техника и элементы инфраструктуры военно-морской базы - дизельная подводная лодка, большие учебные корабли, сторожевые корабли, транспортные и вспомогательные суда, гидротехнические сооружения (молы, причалы, доки), морская поверхность;
3) бронетанковая техника - танки Т-80 в различных режимах функционирования (стоянка, пробег, прогрев), многоцелевые тягачи МТ-ЛБВ в различных режимах функционирования, в том числе, укрытые маскировочными сетями.
Полученный набор экспериментальных изображений и спектральных характеристик объектов вооружения и военной техники (ВВТ) занесен в соответствующую базу данных, подготавливаемую в интересах информационного обеспечения перспективных военных систем наблюдения и наведения.
В 2005-2008 гг. лабораторией проведена поисковая НИР «Стокер» (ответственный исполнитель к.т.н. Д. В. Чесноков), направленная на разработку физико-технологических принципов микромеханических оптических затворов многоразового действия с наносекундным быстродействием для защиты оптических приемных устройств от лазерного излучения [17-20]. Постановка работы обусловливалась как необходимостью обеспечивать надежную защиту ОЭПС обнаружения, наведения и прицеливания от поражающего лазерного оружия, так и потребностями в предохранительных оптических устройствах при использовании и изучении мощного лазерного излучения в науке и промышленности.
В ходе выполнения НИР получены следующие основные результаты:
- разработана концепция оптико-механического затвора и изготовлены действующие образцы быстродействующих пассивных светоклапанных устройств, срабатывающих от энергии ослепляющего лазерного импульса; в качестве активного (переключающего) элемента светоклапанного затвора используется зеркальная тонкая металлическая пленка на подложке, обладающая нелинейными оптическими свойствами и способная изменять свою отражательную способность под действием мощного лазерного излучения; по мере нагревания пленки за счет энергии излучения резко уменьшается коэффициент оптического отражения металла; при дальнейшем действии излучения металл испаряется, проходя при этом в перегретом состоянии через стадию «прозрачного диэлектрического вещества»; в месте падения излучения образуется отверстие в пленке металла, и отражение от зеркальной поверхности светового клапана практически прекращается;
- исследованы защитные свойства разработанных затворов при воздействии ослепляющего лазерного излучения на матричные фотоприемники ближнего ИК-диапазона; показано, что при использовании разработанного затвора предотвращается лучевое повреждение ПЗС-матрицы излучением в диапазоне длин волн 0,9—1,2 мкм и с длительностью импульса 15 нс;
- обеспечена лучевая прочность самого микромеханического затвора - затвор остается работоспособным после воздействия импульса ослепления с энергией, превышающей энергию срабатывания в 10 и более раз;
151
Методология и организация научных исследований
- исследованы технологические направления создания структуры чипа затвора в виде нелинейно-оптического тонкослойного покрытия на прозрачной в ИК-области спектра основе и разработана лабораторная технология получения таких покрытий;
- изготовлены макетные образцы корпусированных чипов затворов;
- предложены различные варианты оптических схем применения пассивных микромеханических затворов в оптоэлектронных приемных устройствах;
- разработан и изготовлен макет оптической головки приемного устройства защищаемой системы обнаружения;
- экспериментально подтверждено, что время срабатывания микромеханических затворов не превышает 10-9 с на длине волны 1,06 мкм;
- показано, что время релаксации затвора близко к времени его срабатывания (~1 нс), что позволяет затвору срабатывать при одновременном действии нескольких ослепляющих излучателей.
На рис. 4 показан принцип действия затвора (1 - падающее излучение, 2 -тонкий зеркальный слой, 3 - фотоприемник, 4 - отраженное от слоя 2 излучение, 5 - образовавшееся в слое нелинейной среды просветленное окно). Активным элементом затвора является тонкопленочное металлическое зеркало 2, размещаемое в плоскости промежуточного действительного изображения защищаемого ОЭПС. Под действием падающего мощного лазерного излучения 1 пленка изменяет свою отражательную способность локально, в точке изображения ослепляющего излучателя; при дальнейшем действии излучения металл испаряется, в месте падения излучения в пленке образуется отверстие 5, и отражение в сторону фотоприемника 3 от данного участка зеркальной поверхности затвора прекращается. Полезная площадь зеркала при этом практически не уменьшается, затвор остается работоспособным и сохраняет свои защитные свойства даже при большом количестве (несколько десятков тысяч) попаданий.
Рис. 4. Принцип действия пассивного оптического затвора: а) ход лучей до срабатывания; б) ход лучей после срабатывания
152
Методология и организация научных исследований
Проблема уменьшения разрушений при воздействии лазерного излучения, имеющего энергию импульса и плотность мощности значительно большие, чем необходимо для срабатывания затвора, решается тем, что излучение после срабатывания затвора им не поглощается, а выводится из структур затвора наружу (проходит насквозь), в окружающее пространство или в специальную ловушку. В результате затвор может выдерживать многократные «перегрузки», не разрушаясь в целом и управляя значительными по потоку энергии излучениями.
Основные технические характеристики разработанных макетных образцов затворов:
- затвор является пассивным, срабатывающим от энергии падающего излучения устройством, обеспечивает защиту от лазерного ослепления;
- затвор является наноструктурным устройством;
- время срабатывания, нс .....................................-1,0
- световой диаметр, мм ........................................12
- достижимый световой диаметр, мм.............................25,0
- энергия срабатывания, Дж ............................(5-10)10-6
- рабочий диапазон длин волн, мкм.........................0,9-1, 2
- перспективный диапазон длин волн, мкм ..................0,3-11,0
- коэффициент защиты (доля энергии ослепляющего лазерного
импульса, проходящая к защищаемому оптоэлектронному устройству, зависит от длительности импульса ослепления)..........(3-300) 10-5
- технический ресурс, импульсов ослепления................104-105
- перспективный технический ресурс, импульсов ослепления.......106
- максимальная энергия ослепляющего импульса......не лимитируется
Конструктивно затвор представляет собой герметичную «таблетку» диаметром 10-25 мм и толщиной 3-6 мм (рис. 5).
Использование подобных защитных устройств позволяет реально повысить надежность работы различных оптико-электронных систем ВВСТ в условиях случайного или преднамеренного воздействия на них мощными «ослепляющими» импульсами или непрерывными потоками излучений.
Наконец, в 2012-2013 гг. силами лаборатории выполнена составная часть НИР «Эста-фета-Ф-СГГА» (ответственный исполнитель к.т.н., доцент В. С. Ефремов), целью которой являлось исследование возможности разработки и использования жидких (жидкостных) линз (ЖЛ) для построения новых оптических систем ОЭП военного назначения [21, 22].
Рис. 5. Корпусированный затвор
153
Методология и организация научных исследований
В процессе работы рассмотрены различные возможные принципы формирования ЖЛ (на гидравлической основе, на управляемых жидких кристаллах, на центробежном эффекте, с механическим изменением диаметра, с использованием действия внешнего электрического поля, на эффекте электросмачивания) и способы управления их основными оптическими параметрами - радиусами кривизны и фокусным расстоянием, проанализированы принципиально применимые методы и схемы контроля радиусов кривизны и фокусных расстояний ЖЛ визуальным и фотоэлектрическим методами, предложены варианты возможных применений ЖЛ в оптических системах военного и двойного назначения: в компактных адаптивных нашлемных оптических системах, в микровариообъективах нового типа (например, для беспилотных летательных аппаратов), в качестве элементов, предохраняющих приемник излучения ОЭПС (или глаз оператора) от воздействия ярких световых вспышек.
Помимо этого, предложены и проверены расчетные модели вариантов отдельных типов оптических систем с использованием ЖЛ, а именно: микрообъективов с изменяемой оптической силой на примере системы, состоящей из ЖЛ с изменяемым фокусным расстоянием за счет эффекта электросмачивания, и основного объектива типа «Тессар» (шесть вариантов для расстояний до объекта от 0,5 до 10 000 м); ОЭПС со сменным увеличением с конкретным примером расчетного моделирования вариообъектива с жидко-линзовой системой переменного увеличения для четырех конфигураций; миниобъективов в виде жестких моноблоков на эффектах электросмачивания и гидростатического давления для интегрированной системы с каналом изображения (рабочий спектральный диапазон 0,48-0,90 мкм) и дальномерными каналами с рабочими длинами волн 0,95 и 1,50 мкм (всего шесть вариантов); ахроматизированных оптикоэлектронных систем с изменяемым фокусным расстоянием (четыре варианта).
На рис. 6 приведены некоторые результаты расчета оптической системы «ЖЛ+Тессар» при расстоянии до объекта 0,5 м.
а) б)
Рис. 6. Точечная диаграмма (а) и график (б) распределения энергии в пределах пиксела 5 х 5 мкм в оптической системе «ЖЛ+Тессар» при расстоянии до объекта 0,5 м
154
Методология и организация научных исследований
Полученные результаты в дальнейшем могут быть полезны при разработке требований к характеристикам и комбинациям характеристик оптических жидкостей с целью построения с их использованием оптических систем нового поколения, а также при подготовке оперативных целевых прогнозов в части обоснования перспектив улучшения характеристик и создания перспективных образцов ВВСТ с оптико-электронными каналами видимого и ИК-диапазонов спектра за счет применения новых компонентов на основе оптических жидкостей с аномальными характеристиками.
В настоящее время в лаборатории продолжаются поисковые исследования и подготовительные работы по созданию и совершенствованию ОЭПС специального назначения, прежде всего - систем технического зрения [23], или, более конкретно, гиперспектральных ОЭПС [24-30]. Актуальность развития аппаратуры подобного типа обусловлена необходимостью повышения эффективности технических средств и методов высокодетального дистанционного зондирования в оптическом диапазоне спектра, когда требуются высококачественные монохроматические изображения объектов естественного и/или искусственного происхождения с одновременной интегральной визуализацией кадра, так как при комплексном дешифрировании массива разноспектральных изображений плохоразличимых объектов вероятность их обнаружения и распознавания становится существенно выше, чем при использовании обычных фотографических или телевизионных снимков.
Выполнение указанных работ предполагает использование методов теоретического анализа, компьютерного моделирования и алгоритмического программирования, расчета оптических систем и оптимальной обработки изображений, а также макетирование устройств и их экспериментальные исследования, т. е. всего того, что позволяет решать самые сложные задачи.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Качество вооружения и государственный оборонный заказ: Сборник официальных документов МО РФ. - М.: ИнИС ВВТ, 2000. - 101 с.
2. ГОСТ Р ИСО 9000-2001. Системы менеджмента качества. Основные положения и словарь. - М.: Изд-во стандартов, 2001. - 26 с.
3. ГОСТ Р ИСО 9001-2001. Системы менеджмента качества. Требования. - М.: Изд-во стандартов, 2001. - 20 с.
4. Енин А. Н., Симонова Г. В., Шлишевский В. Б. Опыт применения стандартов ИСО 9000:2000 в формировании системы качества НИР СГГА // Вестник СГГА. - 2004. -№ 9. - С. 224-227.
5. Концепция построения оптико-электронной системы автоматического определения координат цели по световой вспышке / В. М. Белоконев, А. М.-Ш. Итигин, Н. В. Прудников, В. Б. Шлишевский // Известия вузов. «Приборостроение». - 2003. - Т. 46, № 3. - С. 64-66.
6. Белоконев В. М., Итигин А. М.-Ш., Шлишевский В. Б. Теоретические ошибки определения полярных координат светящихся объектов с помощью двухканальной оптикоэлектронной системы с матричными фотоприемниками // Оптический журнал. - 2003. -Т. 70, № 7. - С. 91-92.
7. Некоторые особенности технической реализации оптико-электронной системы автоматического определения координат цели по световой вспышке / В. М. Белоконев,
155
Методология и организация научных исследований
А. М.-Ш. Итигин, И. О. Михайлов, Т. Н. Хацевич, В. Б. Шлишевский // Известия вузов. «Приборостроение». - 2004. - Т. 47, № 9. - С. 73-78.
8. Определитель полярных координат огневых средств, обнаруживающих себя блеском выстрела / В. М. Белоконев, А. М.-Ш. Итигин, Т. Н. Хацевич, В. Б. Шлишевский // Патент РФ № 2 252 442. Бюллетень изобретений. - 2005. - № 14.
9. Белоконев В. М. Исследование и разработка оптико-электронных систем на базе многоэлементных фотоприемников для определения координат источников световых вспышек малой интенсивности: автореф. канд. дис. - Новосибирск: СГГА, 2005. - 19 с.
10. Предварительные результаты экспериментального исследования макета пассивной оптико-электронной системы определения координат кратковременных световых вспышек / И. О. Михайлов и др. // ГЕО-Сибирь-2006. Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 24-28 апреля 2006 г.). - Новосибирск: СГГА, 2006. Т. 4. - С. 28-31.
11. Задачи и перспективы создания современной элементной базы для аппаратуры ультрафиолетового диапазона спектра / В. М. Белоконев и др. // Современные проблемы геодезии и оптики. LIII Междунар. конф. : сб. материалов (Новосибирск, 2-4 февраля 2003 г.). -Новосибирск: СГГА, 2003. Ч. III. - С. 40-42.
12. Рафаилович А. С., Шлишевский В. Б. Краткие итоги разработки элементной базы и оптико-электронных модулей специального назначения для ультрафиолетового диапазона спектра // ГЕО-Сибирь-2006. Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 24-28 апреля 2006 г.). - Новосибирск: СГГА, 2006. Т. 4. - С. 31-34.
13. Некоторые предварительные результаты натурных испытаний оптико-электронной аппаратуры специального назначения для ультрафиолетового диапазона спектра / А. В. Марков, А. С. Рафаилович, В. Б. Шлишевский, К. Н. Чиков, С. С. Гулидов // ГЕО-Сибирь-2006. Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 24-28 апреля 2006 г.). - Новосибирск: СГГА, 2006. Т. 4. - С. 34-37.
14. Дегтярев Е. В., Рафаилович А. С., Шлишевский В. Б. Проблемы и пути развития элементной базы для систем дистанционного зондирования в ультрафиолетовой области спектра // Сборник трудов VII Международной конференции «Прикладная оптика-2006». -СПб.: Оптическое общество им. Д. С. Рождественского, 2006. - Т. 1. - С. 164-167.
15. Исследование зависимости контраста объектов на фоне неба от условий наблюдения в УФ-диапазоне длин волн / В. В. Белов, Б. Д. Борисов, М. В. Тарасенков, В. Б. Шлишевский // Оптика атмосферы и океана. - 2011. - Т. 24, № 3. - С. 171-176.
16. Белов В. В., Воробьева Л. П., Шлишевский В. Б. Измерение коэффициентов диффузного отражения некоторых материалов в ультрафиолетовом диапазоне спектра // ГЕО-Сибирь-2011. VII Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2011 г.). - Новосибирск: СГГА, 2011. Т. 4. - С. 22-25.
17. Применение термоиндуцированных наноразмерных поверхностных деформаций для ослабления импульсных световых потоков / Н. В. Прудников, В. В. Чесноков, Д. В. Чесноков, С. Л. Шергин, В. Б. Шлишевский // Оптический журнал. - 2009. - Т. 76, № 2. - С. 36-41.
18. Шергин С. Л., Чесноков Д. В. Испытательный стенд и методика проведения экспериментальных исследований динамических характеристик оптических пассивных затворов // ГЕО-Сибирь-2009. V Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 20-24 апреля 2009 г.). - Новосибирск: СГГА, 2009. Т. 5, ч. 1. - С. 205-209.
19. Шергин С. Л. Разработка принципов создания термооптических затворов с тонкопленочными металлическими структурами: автореф. канд. дис. - Новосибирск: СГГА, 2009. -29 с.
20. Чесноков В. В., Чесноков Д. В., Шлишевский В. Б. Пленочные пассивные оптические затворы для защиты приемников изображения от ослепления // Оптический журнал. -2011. - Т. 78, № 6. - С. 39-46.
156
Методология и организация научных исследований
21. Жидкие линзы - новая элементная база оптических и оптико-электронных приборов / А. В. Голицын, В. С. Ефремов, И. О. Михайлов, Н. В. Оревкова, Б. В. Федоров, В. Б. Шли-шевский // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. 1Х Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «СибОптика-2013» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск: СГГА, 2013. Т. 1. - С. 7-11.
22. Ефремов В. С., Михайлов И. О., Шлишевский В. Б. Жидколинзовый конденсор // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. 1Х Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «СибОптика-2013» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск: СГГА, 2013. Т. 1. - С. 12-15.
23. Демьянов Э. А., Федоринин В. Н., Шлишевский В. Б. Разработка оптикоинформационных технологий создания многоканальных и мультиспектральных систем технического зрения с высоким пространственным и спектральным разрешением // Сборник трудов IX Международной конференции «Прикладная оптика-2010». - СПб.: Оптическое общество им. Д. С. Рождественского, 2010. - Т. 1, ч. 2. - С. 281-283.
24. Улучшение информационных характеристик мультиплексных систем / П. В. Журавлев, В. Н. Федоринин, К. П. Шатунов, В. Б. Шлишевский // Известия вузов. «Приборостроение». - 2005. - Т. 48, № 1. - С. 44-49.
25. Горбунов Г. Г., Шлишевский В. Б. О возможности построения гиперспектральной аппаратуры на основе метода фурье-спектрометрии для обнаружения скрытых объектов в полевых условиях // ГЕО-Сибирь-2007. III Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 25-27 апреля 2007 г.). - Новосибирск: СГГА, 2007. Т. 4, ч. 1. - С. 74-79.
26. Видеоспектрометры - новая перспективная аппаратура для дистанционных исследований / В. М. Красавцев, А. Н. Семенов, К. Н. Чиков, В. Б. Шлишевский // ГЕО-Сибирь-2007. III Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 25-27 апреля 2007 г.). - Новосибирск: СГГА, 2007. Т. 4, ч. 1. - С. 89-94.
27. Некоторые особенности расчета и проектирования перспективных видеоспектральных систем для дистанционного зондирования / В. М. Красавцев, А. Н. Семенов, К. Н. Чиков, В. Б. Шлишевский // Оптика атмосферы и океана. - 2008. - Т. 21, № 2. - С. 164-169.
28. Афонин А. В., Горбунов Г. Г., Шлишевский В. Б. Видеоспектрометрическая аппаратура на основе метода фурье-спектрометрии для обнаружения малых газовых примесей в атмосфере // Оптика атмосферы и океана. - 2008. - Т. 21, № 9. - С. 823-826.
29. Шлишевский В. Б. Оптимальная монтировка решетки в дифракционном спектрометре с многоэлементным приемником излучения // ГЕО-Сибирь-2010. VI Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2010 г.). - Новосибирск: СГГА, 2010. Т. 4, ч. 1. - С. 72-73.
30. Шлишевский В. Б. Способ исправления кривизны спектральных изображений в призменных видеоспектрометрах // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. К Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск: СГГА, 2013. Т. 1. - С. 106-110.
Получено 18.11.2013
© В. Б. Шлишевский, 2013
157
