CC BY
8
https://doi.org/10.38013/2542-0542-2021-3-40-46 УДК 681.78
Разработка многоспектральной оптико-электронной системы 19ТВА-001 для системы 3М47-01
К. Н. Стешенко, Д. Д. Никеев, В. М. Тимофеев, Е. В. Гаврилов
Акционерное общество «Научно-производственный комплекс Пеленгатор», Санкт-Петербург, Российская Федерация
Разработанная оптико-электронная система позволяет использовать ее для обнаружения широкого класса летательных аппаратов. В основе ее работы лежат как классические методы оптического обнаружения, так и нестандартные решения. Для определения возможностей изделия и соответствия требованиям заказчика на этапе разработки было произведено имитационное моделирование возможности использования предлагаемых решений. Результаты полевых и ходовых испытаний изделия при этом позволяют говорить о достаточно точном прогнозировании результатов работы системы.
Ключевые слова: оптико-электронные системы, моделирование, симуляция, обнаружение летательных аппаратов, сверхконтрастный режим
Для цитирования: Стешенко К. Н., Никеев Д. Д., Тимофеев В. М., Гаврилов Е. В. Разработка многоспектральной оптико-электронной системы 19ТВА-001 для системы 3М47-01 // Вестник Концерна ВКО «Алмаз - Антей». 2021. № 3. С. 40-46. https://doi.org/10.38013/2542-0542-2021-3-40-46
For citation: Steshenko K. N., Nikeev D. D., Timofeev V. М., Gavrilov Е. V. Development of multispectral optoelectronic system 19TVA-001 for system 3М47-01 // Vestnik Koncerna VKO "Almaz - Antey". 2021. No. 3. P. 40-46. https://doi.org/10.38013/2542-0542-2021-3-40-46
Поступила 04.06.2021 Отрецензирована 07.06.2021 Одобрена 01.07.2021 Опубликована 20.10.2021
см о см
со
Ц Введение
¡1 Одной из основных задач при разработке оп-
£ тико-электронной системы является опре-
< деление и подбор подходящих оптических
« элементов: объективов и матричных фото-
^ приемных устройств, позволяющих системе
® выполнять поставленные задачи. Данный выбор зачастую не может быть проверен до мо-
щ мента полевых испытаний изделия, а оценка
о может быть проведена исключительно исходя
о из свойств матричного ФПУ. При создании
* изделия 19ТВА-001 было использовано фи-
¡Е зико-математическое моделирование, позво-
$ ляющее произвести оценку до начала сборки
см данного прибора.
ю
с?
см ■ч-
w © Стешенко К. Н., Никеев Д. Д., Тимофеев В. М., И Гаврилов Е. В., 2021
Изделие 19ТВА-001 предназначено для формирования и передачи в изделие 3М-47 телевизионных сигналов, обеспечивающих в дневное и ночное время визуальное наблюдение и автоматическое сопровождение воздушных объектов.
В состав оптико-электронной системы входят три оптико-электронных канала: уз-копольный телевизионный канал (УК); ши-рокопольный телевизионный канал (ШК) и тепловизионный канал (ТПВ). Данные каналы, согласно техническому заданию, должны обеспечивать обнаружение самолета типа МиГ-29 при метеорологической дальности видимости не менее 20 км в дневное время суток и высоте полета 1 км на дистанциях 20, 12 и 12 км соответственно. Для цели типа ПКР «Гарпун» эти дистанции соответственно равны 7, 2 и 6 км.
Имитационное моделирование обнаружительной способности системы
Для проверки возможности использования болометрической камеры ЕАНГ.463165.001 в тепловизионном канале было проведено имитационное моделирование по регистрации сигнала, приходящего от самолета МиГ-29 и ПКР «Гарпун». Метод, по которому производилась симуляция, описан в [1, 2]. Матричное ФПУ тепловизионного излучения имеет разрешение 640*512 пикселей и работает в спектральном диапазоне 8-14 мкм. Угол обзора тепловизионного канала оптико-электронной системы при моделировании составляет 3°*4°. Траектория цели построена следующим образом: при движении летательного аппарата к оптико-электронной системе он наблюдается в фас из передней полусферы, пролетает над приемником и при удалении наблюдается в фас из задней полусферы. При расчете использовалось излучение летательного аппарата, факела его двигательной установки, отражение излучения от водной поверхности и собственное свечение атмосферы. Поглощение и рассеяние атмосферным воздухом соответствует стандартной атмосфере, состав и количество аэрозольных частиц соответствуют выбранной местности (70° с. ш., 33° в. д.) в летнее время года. Суммарное снижение интенсивности излучения отвечает требованию метеорологической дальности видимости не менее 20 км.
По результатам моделирования были вычислены зависимости вероятности обнаружения, представленные на рисунке 1.
Аналогичное моделирование было произведено для проверки возможности использования камеры ЕАНГ.463163.001 в узко-польном телевизионном канале (рис. 2). Угол обзора узкопольного телевизионного канала оптико-электронной системы при моделировании составляет 1,5°*2,5°, матричное ФПУ имеет разрешение 1920*1080.
По результатам моделирования выбранные приемники излучения удовлетворяют требованиям, выдвинутым в техническом задании.
Использование и особенности сверхконтрастного режима
Выделение движущихся объектов в кадре эффективно реализуется при помощи метода попиксельного изменения кадров. Движение в данном методе выделяется при помощи разности текущего и предыдущего кадров. На основе этой разницы создается бинарная матрица, в которой за единицу принимается значение разности между пикселями двух последовательных кадров больше определенного порога и нуль при значении разности между пикселями меньше порога [3]. Данный метод применим для сцен с низкой интенсивностью движения, имеет малые вычислительные затраты, невосприимчив к маскировке
1001—
80
й я
ю о
h 40
!■ 20
m
100
10
15 20 25 Расстояние, км
а
30
35 40
64
я
я
£
£ й я
ю о
80
60
h 40
!■ 20
m
10 15
Расстояние, км
б
20
25
Рис. 1. Зависимость вероятности обнаружения цели типа МиГ-29 (а) и ПКР «Гарпун» (б) от расстояния
при использовании камеры ЕАНГ.463165.001 --В фас, передняя полусфера,--В фас, задняя полусфера
та
X ф
ч
та 0-
та
О
О.
£
V
ц
(Ч
0
0
5
0
5
сч о сч
>s ш н
I
<
I
п га 5
С
<
0
m
го
1 £1 Ф
I
0 *
S
1 н
о ф
m
сч ^
ю о
сч ^
ю сч
(Л (Л
100
§ 80 «
I
Ш 60
«
ю о
Л
5 40 о
X
g
6 20 PQ
0
\
1
100
§ 80 «
I
Ш 60
«
ю о
Л
5 40 о
X
g
6 20 PQ
0
5
10
15 20 25 Расстояние, км
30
35 40
0
0
5
25
10 15 20 Расстояние, км
а б
Рис. 2. Зависимость вероятности обнаружения цели типа МиГ-29 (а) и ПКР «Гарпун» (б) от расстояния при ис
пользовании камеры ЕАНГ.463163.001 --В фас, передняя полусфера,--В фас, задняя полусфера
30
т
аб
Рис. 3. Сравнение изображения БПЛА в видимом (слева) и сверхконтрастном режимах (справа)
движущихся объектов и не имеет ограничений на количество движущихся в кадре объектов. Для ШК канала была выбрана камера с увеличенным размером пикселя, которая работает в описанном выше режиме, имеющем название «Сверхконтрастный». На рисунке 3 представлено сравнение обычного и сверхконтрастного режимов работы камеры.
Конструктивное исполнение
На рисунке 4 представлено конструктивное исполнение изделия 19ТВА-001.
Особенностью конструкции изделия является трегерная система крепления оптических каналов, позволяющая производить точную регулировку их соосности при окончательной сборке. Все оптические каналы изделия являются цифровыми, однако
выходные видеоданные по требованию заказчика передаются в аналоговом формате PAL по ГОСТ Р 55947-2014 [4]. Изделие является герметичным, однако для дополнительной защиты от воздействия погодных условий предусмотрена установка защитной пластины вокруг изделия. Габаритные размеры изделия без защитной пластины соответствуют габаритным размерам изделия 410ТВА, аппаратной заменой которого является изделие 19ТВА-001. Вместе с защитной пластиной изделие устанавливается на посадочное место системы 3М47-01.
Результаты полевых испытаний
Опытный образец изделия прошел полевые испытания на Канонерском острове г. Санкт-Петербурга в августе 2019 года в дневное время
а б
Рис. 4. Конструктивное исполнение изделия 19ТВА-001: а - внешний вид изделия, б - внутреннее пространство, 1 - ТПВ, 2 - датчик освещенности, 3 - ШК, 4 - УК
Мури PfilMORSXV » P—"
Vsevolozhsk Всевояожск aiche^le«! (mein ^
St Petersburg Санкт-Петербург KudiOTO Raanelelevo ГСП Думай Mopojoio 3111 ИЗ Зшктю Sb» : '' Podely
e'na "oiSTpfcT оруиэгнскмйрк OubröyM П11ЯПЯДГ •hsfcy Pudtoy Васжлекс
Рис. 5. Обозначение летательного аппарата типа Boeing-777 на ресурсе flightradar [5] (а) и его местоположение на карте (б). Изображение самолета, полученное сверхконтрастной камерой, летательный аппарат выделен зеленым (в)
при ясной погоде. Проверка оптических каналов изделия производилась по гражданским воздушным судам. На рисунке 5 представлено
изображение самолета Boeing-777, полученное на дистанции 70 км при использовании сверхконтрастного режима (рис. 5в).
(О *
S X
X ф
S
4
CG Q.
со ^
5 X
о а
Ё
ф
6
а
б
в
На рисунке 6 представлено изображение самолета Boeing-777, полученное на дистанции 47 км при использовании узкопольного телевизионного канала (рис. 6в).
На рисунке 7 представлено изображение самолета Boeing-777, полученное на дистанции 38 км при использовании узкопольного телевизионного канала (рис.7 в).
Результаты приемо-сдаточных испытаний
По результатам приемо-сдаточных испытаний было произведено обнаружение вертолета типа Ми-8 на дистанции более 25 км, самолета типа Boeing-737 на дистанции более 45 км. Обнаружение произведено для всех каналов изделия, что подтверждено присутствующими членами комиссии.
Заключение
Изделие 19ТВА-001 из состава комплекса 3М47-01 после предварительного моделирования разработано и представлено к испытаниям. По итогу проведенного моделирования выбранные ФПУ удовлетворяли требованиям ТЗ. По результатам полевых испытаний была продемонстрирована обнаружительная способность изделия 19ТВА-001 для ряда гражданских целей. На приемо-сдаточных испытаниях в составе системы 3М47-01 данная способность была подтверждена, изделие успешно прошло испытания, что позволяет говорить о достаточно точном прогнозировании результатов работы системы.
По результатам работ изделию присвоена литера «О1».
ф н
X <
I
м га
С <
§
Ш
га
х
&
X
£
X I-
О ф
Ш
ем
ю о
см
ю ем
(Л (Л
Рис. 6. Обозначение летательного аппарата типа Boeing-777 на ресурсе flightradar (а) и его местоположение на карте (б). Изображение самолета, полученное при использовании узкопольного телевизионного канала,
летательный аппарат выделен зеленым (в)
а
б
в
а
о
в
Рис. 7. Обозначение летательного аппарата типа Boeing-777 на ресурсе flightradar (а) и его местоположение на карте (б). Изображение самолета, полученное при использовании узкопольного телевизионного канала,
летательный аппарат выделен зеленым (в)
Список литературы
1. Стешенко К. Н. и др. Математическое моделирование зависимости мощности излучения летательных аппаратов от угла наблюдения // Вестник Концерна ВКО «Алмаз - Антей». 2018. №. 3 (26). С. 98-104. ГО1: 10.38013/25420542-2018-3-98-104
2. Рязанцева В. А., Стешенко К. Н., Нике-ев Д. Д., Гаврилов Е. В. Математическое моделирование фоно-целевой обстановки летательного аппарата над уровнем моря // Вестник Концерна ВКО «Алмаз - Антей». 2021. № 2. С. 76-84. Б01: 10.38013/2542-0542-2021-3-76-84
3. Волков К. А. Метод выделения движущихся объектов на видеоизображении // Доклады Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники. 2012. № 1 (63). С. 92-98.
4. ГОСТ Р 55947-2014. Телевидение вещательное цифровое. Приемники для эфирного цифрового телевизионного вещания DVB-T2. Основные параметры. Технические | требования. Методы измерений и испыта- ® ний. Введ. 2015-01-01. М.: Стандартинформ, | 2014. 56 с. £
5. https://www.flightradar24.com 2
X
о
Ф С
О
m
Об авторах
Стешенко Кирилл Николаевич - начальник сектора общего программного обеспечения дирекции оптико-электронных систем акционерного общества «Научно-производственный комплекс Пеленгатор», Санкт-Петербург, Российская Федерация.
Область научных интересов: дистанционные оптические методы исследования, газодинамические расчеты летательных аппаратов, пространственное моделирование физических процессов.
Никеев Дмитрий Дмитриевич - начальник отдела программного обеспечения дирекции оптико-электронных систем акционерного общества «Научно-производственный комплекс Пеленгатор», Санкт-Петербург, Российская Федерация.
Область научных интересов: математическое моделирование физических процессов, генерация и распространение инфракрасного излучения.
Тимофеев Вячеслав Михайлович - руководитель дирекции оптико-электронных систем акционерного общества «Научно-производственный комплекс Пеленгатор», Санкт-Петербург, Российская Федерация. Область научных интересов: проектирование и конструирование оптико-электронных систем.
Гаврилов Егор Валерьевич - заместитель генерального директора - заместитель генерального конструктора акционерного общества «Научно-производственный комплекс Пеленгатор», Санкт-Петербург, Российская Федерация. Область научных интересов: разработка оптико-электронных систем.
см о см
Development of multispectral optoelectronic system 19ТVА-001 for system 3М47-01
Steshenko K. N., Nikeev D. D., Timofeev V. М., Gavrilov Е. V.
Joint Stock Company Research and Production Complex "Pelengator", Saint Petersburg, Russian Federation
The developed optoelectronic system can be used for detecting a wide range of aircraft. Its performance is based on classical methods of optical detection as well as on non-standard solutions. To determine the product capabilities and meet the customer's requirements, we conducted simulation modelling of the feasibility of proposed solutions at the development stage. The results of field tests and sea trials promise quite accurate prediction of the system's performance outcome.
Keywords: optoelectronic systems, modelling, simulation, aircraft detection, high-contrast mode
<
A Information about the authors
rc
| Steshenko Kirill Nikolaevich - Head of General Software Sector, Directorate for Optoelectronic Systems, Joint Stock
^ Company Research and Production Complex "Pelengator", Saint Petersburg, Russian Federation.
0 Science research interests: remote optical research methods, gas-dynamic calculations of aircraft, spatial modelling of
m physical processes. œ
1 Q.
■j Nikeev Dmitriy Dmitrievich - Head of Software Department, Directorate for Optoelectronic Systems, Joint Stock Com° pany Research and Production Complex "Pelengator", Saint Petersburg, Russian Federation.
| Science research interests: mathematical modelling of physical processes, generation and distribution of infrared radiation.
I i-
o
$ Timofeev Vyacheslav Milkhailovich - Head of Directorate for Optoelectronic Systems, Joint Stock Company Research cm and Production Complex "Pelengator", Saint Petersburg, Russian Federation. 3 Science research interests: optoelectronic systems design and engineering
CM ■d-
S Gavrilov Egor Valerievich - Deputy General Director - Deputy General Designer, Joint Stock Company Research and
Production Complex "Pelengatof', Saint Petersburg, Russian Federation. ^ Science research interests: development of optoelectronic systems.
