CC BY
367
УДК 621.384.3
ЗАРУБЕЖНЫЕ ТЕПЛОВИЗИОННЫЕ СИСТЕМЫ РАЗВЕДКИ, ПРИЦЕЛИВАНИЯ И СОПРОВОЖДЕНИЯ ОБЪЕКТОВ ОПЕРАТОРОМ
С.В. Утемов, Т.Ю. Смагина
Разработана информационная модель зарубежных тепловизионных систем (ТПВС) разведки, прицеливания и сопровождения объектов операторами на основе систематизации, анализа и статистической обработки фактографических данных о принципах построения и основных технических характеристиках ТПВС
Ключевые слова: тепловизионная система, гистограммы распределения характеристик
Функционирование оптико-электронных систем (ОЭС) разведки, прицеливания и сопровождения объектов операторами в ряде случаев происходит в условиях естественных и преднамеренных аэрозольных помех (облаков, туманов, дымов, аэрозолей). Для уменьшения влияния этих помех на работу ОЭС все более широкое применение находят тепловизионные системы (ТПВС), в которых используются различные фотонные (квантовые), а в последнее время и тепловые приёмники излучения, являющиеся основными компонентами ТПВС [1]. Проведенная в [1-4] систематизация сведений о зарубежных ТПВС позволила разделить их на три поколения, принципиально отличающихся друг от друга типами используемых в них фотоприемных устройств (ФПУ), способами сканирования (просмотра) поля обзора и техническими характеристиками.
Пристальное внимание, уделяемое ТПВС за рубежом, важность решаемых ими задач вызывают необходимость разработки информационной модели зарубежных тепловизионных систем. Под информационной моделью ТПВС подразумевается их систематизированное прогностическое описание в ожидаемых условиях применения в части решаемых ТПВС задач, наиболее вероятных принципов их построения и основных технических характеристик этих систем.
В настоящее время абсолютное большинство работ [1-15] посвящено сбору сведений об основных технических характеристиках ТПВС и анализу принципов их построения. В то же время практически отсутствует статистический анализ этих сведений, позволяющий оценивать современное состояние и прогнозировать направления совершенствования зарубежных ТПВС.
Целью статьи являются систематизация и статистический анализ сведений об основных технических характеристиках зарубежных ТПВС на основе разработки базы данных (БД) и системы управления БД (СУБД).
Ранее в работе [16] разработаны структура и программное обеспечение единой БД оптикоэлектронных систем. В основу построения этой БД положена реляционная модель, в которой все дан-
Утемов Сергей Владимирович - ФГНИИЦ РЭБ ОЭСЗ, канд. техн. наук, ст. науч. сотрудник, тел. (4732) 20-92-36 Смагина Татьяна Юрьевна - ФГНИИЦ РЭБ ОЭСЗ, соискатель, тел. (4732) 63-45-01
ные, доступные пользователю, организованны в виде таблиц, а все операции над данными сводятся к операциям над этими таблицами. В БД используется технология «клиент-сервер». В качестве сервера выбрана реляционная система управления базой данных Firebird. К преимуществам данной СУБД отнесятся: минимальные требования к оборудованию, широкий спектр компонент и драйверов для разнообразных сред разработки, возможность обслуживания больших баз данных и большого числа пользователей. Клиентская часть написана с использованием среды разработки Borland Delphi 5
Упрощенная структура БД может быть представлена в виде табл. 1-4:
Таблица 1
Таблица типов устройств
Group device
Group_id уникальный идентификатор
Group name Наименование
Таблица 2
Таблица характеристик
Qlt
Qlt id уникальный идентификатор
Qlt name Наименование
Таблица 3
Таблица соответствия типов и характеристик
Qlt group
Group_id Ссылка на строку в таблице group device
Qlt_id Ссылка на строку в таблице qlt
Таблица 4 Таблица устройств с характеристиками
Device
Device id уникальный идентификатор
Device name наименование
Q1 Динамически создаваемые поля для значений характеристик
Qn
Здесь не отражены дополнительные поля и таблицы для хранения информации о типах характеристик, таблицы пользователей и прав доступа и т.д. Основная особенность предлагаемой структу-
ры заключается в том, что изначально не задан набор характеристик ОЭС, хранимых в базе данных. При добавлении в таблицу group_device нового типа ОЭС, например, ТПВС, необходимо задать перечень их характеристик, выбрав их из уже существующих в базе данных, или же добавить их в таблицу qlt. При добавлении строк в таблицу qlt автоматически будут добавлены поля соответствующего типа в таблицу device. Например, при добавлении в таблицу характеристик новой числовой характеристики «диаметр объектива» в таблицу device добавляется новое поле Q25 типа double.
Qlt id Qlt name
25 Диаметр объектива, мм
С точки зрения клиентской части системы это означает, что при редактировании характеристик какого-либо ОЭС необходимые поля (элементы редактирования) создаются автоматически в соответствии с информацией, хранящейся в таблицах group_qlt, откуда берутся данные о перечне характеристик для данного типа ОЭС, и qlt, откуда берутся данные о типе создаваемых полей. Такая структура позволяет как расширять перечень хранимых в базе данных характеристик ОЭС без изменения кода программы, так и не ограничивать предметную область только заданными группами ОЭС. Путём добавления новых типов ОЭС и введения перечня их характеристик БД может быть легко расширена.
К недостаткам выбранной структуры следует отнести хранение характеристик различных типов устройств в одной таблице. Занесение информации
о большом количестве разнородных типов устройств приведёт к резкому увеличению количества полей данной таблицы. Однако при использовании близких по набору характеристик типов устройств, например, лазерных дальномеров, лазерных систем видения и лазерных систем управления объектами, незначительное увеличение количества полей не является критичным на фоне большого удобства и скорости обработки данных, находящихся в пределах одной таблицы. Для случая же использования разнородных типов устройств возможна модификация системы, в которой для хранения информации о характеристиках каждого типа устройств будет использоваться отдельная динамически создаваемая таблица.
С использованием разработанных структуры и программного обеспечения автоматизированной БД проведена статистическая обработка фактографических сведений об основных тактико-технических характеристиках (ТТХ) зарубежных ТПВС. Обработка проводилась по основным характеристикам 219 образцов ТПВС. Основные ТТХ типовых зарубежных ТПВС, содержащиеся в БД, приведены в табл.5.
Таблица 5
Основные ТТХ типовых зарубежных тепловизионных систем
Тип ТПВС Страна, фирма- изготовитель Место установки Технические характеристики
AX, мкм AT, град а, град Ay, мрад Doбн, км Dрaс п, км
широ- кий сред- ний узкий
AN/AAR-50 США, Raytheon Самолеты F/A-18E2 8-12 19,5*1 9,5
AN/AAS-42 США, Martin Marietta Самолеты F-14D 8-14 0,1 12x16 3x4 1
AN/PAS- 13B(V)2 (Medium TWS) США, Raytheon ПТРК Predator 3-5 0,1 3x10 4,2 1,2
AN/PAS-13B(V)3 (Heavy TWS) США, Raytheon Гранатометы Mk19 3-5 5,4x9 1,8x3 6,9 2,8
AN/TAS-4 (AN/TAS- 4A) США, Texas Instruments (Kollsmann) ПТРК TOW 8-12 3,4x6,8 1,1x2,2 0,13 3,2
AN/TAS-5 США, Texas Instruments, Magnavox ПТРК TOW и Dragon 3-5 2,9x3,8 3
ATHOS Франция, SAT Танки 8-12 5,7x8,6 1,9x2,9
ATTICA (3) Германия, Zeiss Optronic GmbH Корабли 3-5 0,05 11x15 4,7x6,2 1,5x2 35 30
CLDP Франция, Tomson TTD Optronique Самолеты Mirage 2000 и Tornado 8-12 6x12 2x4 13
CTX Франция, SAT Корабли 8-12 0,05 3x6
Condor-1 Франция, SAGEM Вертолеты, ПТРК TRIGAT LR 8-12 30x40 1x1
Продолжение табл. 5
LITENING Германия, Zeiss Optronic GmbH Самолеты F-16C/D, F/A-18, F-5, Tornado 8-12 18x24 4,5x4,5 1,5x1,5
Lemur Швеция, Bofors Defence ПТРК RBS-56 Bill-2 7,5-10,5 6,75x9 2,25x3 3 1,8
MIRA (MEPHIRA) Франция, TRT, Siemens and Marconi ПТРК Milan и Milan 2 8-13 0,16 0,17 6 2
MIRA-2 Франция, TRT, Siemens and Marconi ПТРК TRIGAN (Франция), Milan (Италия) 8-13 0,16 3x6 1x2 4 2
PTI-32 Китай, China North Indas-tries Corp. ПТРК Red Arrow 8 8-12 4 2,5
Pathfinder США Самолеты F-16, F-5, B-1B, A-10, C-130, Alpha Jet, Tornado 8-12 0,1 21x28 7x9 2
TIS США, Hughes Танки М-1 8-12,5 8,6x17
TISA Швейцария 3-5 0,2 2,7x5 1,1x2 0,2 5,2 1,8
Tiger Междунар. коопер. SAGEL, Thorn EMI, Eltro ПТРК TRIGAT MR 8-12 0,1 7x10 3x3 2,5
ТПВ ПНС "Лантирн" AN/AAQ-14 США Самолеты F-16, F-15E 8-12 0,1 6x6 1,7x1,7 2
На рис. 1-3 представлены гистограммы распределения зарубежных тепловизионных систем по длинам волн (рис. 1), по температурной (рис. 2) и угловой (рис. 3) разрешающей способности для широкого (1) и узкого (2) угла поля зрения ТПВС. Анализ этих гистограмм показал следующее.
Абсолютное большинство (порядка 80 %) зарубежных ТПВС наземного, воздушного и морского базирования работает в длинноволновом инфракрасном (ИК) диапазоне (7... 14 мкм). Доля ТПВС, функционирующих в средневолновом ИК диапазоне (3... 5 мкм), составляет около 18 %. h %
80 60 €i 20 0
1-14 3-5 7-14 ДЛ, мкм
Рис. 1. Гистограмма распределения зарубежных ТПВС по диапазонам длин волн В последние десятилетия в связи с реализацией за рубежом концепции «Общих модулей» (Common Modules-CM) на базе передовых технологий в дифракционной оптике, фотоэлектронике, микроэлектронике [] появились широкодиапазонные ТПВС (1.14 мкм), работающие одновременно в нескольких спектральных диапазонах.
Хотя доля этих ТПВС в настоящее время составляет около 2 %, но она постоянно растёт. В ос-
80,3
17,6
21
т-----------------------------Г
нову модульной системы положен способ параллельного сканирования линейкой (матрицей) с большим числом фотоприёмников поля обзора ТПВС. В зависимости от назначения ТПВС в них используются от 5 до 12 модулей.
Температурная разрешающая способность АТ почти половины разработанных к настоящему времени зарубежных ТПВС составляет 0,1° (рис. 2).
’ «51
4000------------------------------------------------------
ЗОДО------------------------------------------------------
20116
20£Ю----------------------------------------г-|-----------
930
----гт-------- ----О „Г,___________ ----’*753-
I—1 ^ і ' . 1-І - т-_ ■ _ -.ч О рритт
О О О О О О О О О О О ОО 1 К3"-’1
Рис. 2. Гистограмма распределения зарубежных ТПВС по температурной разрешающей способности Дальнейшее совершенствование ТПВС в направлении повышения их температурной чувствительности (уменьшения величины АТ) идет по пути применения субматричных фотоприёмных устройств на основе фотодиодного материала «кадмий-ртуть-теллур» (КРТ) и использования миниатюрных систем охлаждения, работающих по циклу Сплит-Стирлинга. К настоящему времени уже достигнуты значения АТ=0,02°.
Угловая разрешающая способность Ау абсолютного большинства зарубежных ТПВС (78...80 %) не превышает 2 мрад (рис.3) как при работе с узким, так и с широким углом поля зрения.
930
233,
'(Ш
0.78 (Ш
ЗЦ1Є
(ш3,1°2331.эо,7ва7в ■ ■1 ■ 11,11, * і, ■ ', ■ ■
ааз зж_ ол „ 1.®
і П , г-. , П, П
а ев
я я
f„%
46,0
0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 Ду, мрвд
Рис. 3. Гистограмма распределения зарубежных ТПВС по угловой разрешающей способности:
1 - для широкого угла поля зрения;
2 - для узкого угла поля зрения
Это обусловлено применением в ТПВС матричных фотоприёмных устройств с большим числом чувствительных элементов: до 384^288 на основе матриц КРТ, до 640^512 на основе матриц РЪ81, до 640^480 на основе QWIP-приёмников []. При этом из-за малых размеров элементов уменьшаются величины фоновой засветки и порогового потока.
Таким образом, проведённый анализ современного состояния зарубежных ТПВС позволяет сделать следующие выводы.
В настоящее время абсолютное большинство (порядка 80 %) зарубежных тепловизионных систем работает в длинноволновом ИК диапазоне (7... 14 мкм) и имеет угловую разрешающую способность Ау<2 мрад. Температурная разрешающая способность почти половины ТПВС не превышает АТ<1°, что позволяет обнаруживать и распознавать объекты, имеющие низкий тепловой контраст с фоном, на значительных дальностях (в несколько километров).
Литература
1. Белозеров А.Ф. Современные зарубежные тепло-визионные приборы. / А.Ф. Белозеров, В.М. Иванов // Оптический журнал. - 2003. - Т. 70. - №10. - С. 62-71.
2. Волков В.Г. Авиационные приборы ночного видения. // Специальная техника. - 2006. - №4. - С.2-12.
3. Волков В.Г. Корабельные приборы ночного видения. / В.Г. Волков // Специальная техника. - 2006. - №1. -С.2-8.
4. Волков В.Г. Вертолётные оптико-электронные системы наблюдения и разведки. // Специальная техника.
- 2001. - №3. - С. 2-10.
5. М. Панин. ИК системы переднего обзора на самолётах ВМС США. // Зарубежное военное обозрение. -
1984. - №7. - С. 72-74.
6. С. Ольгин. Модернизация авиационной прицельно-навигационной системы «Лайтенинг». // Зарубежное военное обозрение. - 2002. - №5. - С. 40-41.
7. Компания Thales разрабатывает новые тепловизи-онные камеры наблюдения. // Иностранная печать об экономическом, научно-техническом и военном потенциале государств - участников СНГ и технических средствах его выявления. Сер. Технические средства разведывательных служб зарубежных государств. - 2006. - №7. - С. 18-20.
8. Авиационные средства наблюдения за наземными целями. // Иностранная печать об экономическом, научнотехническом и военном потенциале государств - участников СНГ и технических средствах его выявления. Сер. Вооруженные силы и военно-промышленный потенциал.
- 2002. - №3. - С. 38-43.
9. ИК система повышенной дальности действия для вертолётов. // Иностранная печать об экономическом, научно-техническом и военном потенциале государств -участников СНГ и технических средствах его выявления. Сер. Технические средства разведывательных служб зарубежных государств. - 2002. - №3. - С. 7-8.
10. ТПВ приборы третьего поколения. // Иностранная печать об экономическом, научно-техническом и военном потенциале государств - участников СНГ и технических средствах его выявления. Сер. Технические средства разведывательных служб зарубежных государств. -2002. - №12. - С. 16-18.
11. В. Афинов. Авиационные оптоэлектронные средства разведки наземных целей. // Зарубежное военное обозрение. - 2003. - №4. - С. 44-47.
12. Тепловизоры дальнего радиуса действия. // Иностранная печать об экономическом, научно-техническом и военном потенциале государств - участников СНГ и технических средствах его выявления. Сер. Технические средства разведывательных служб зарубежных государств. - 2008. - №8. - С. 34-36.
13. Противотанковый ракетный комплекс Milan и его варианты. // Сб. научно-технической информации. -Тула, КБП. - 2007. - №2(20). - С. 46-71.
14. Волин С. Модернизация радиоэлектронного и разведывательного оборудования самолётов «Торнадо». // Зарубежное военное обозрение. - 2002. - №9. - С. 32-35.
15. Крупнейшие мировые производители тепловизионных систем - фирмы Франции. // Сб. научнотехнической информации. - Тула, КБП. - 2007. - №1(19).
- С. 151-171.
16. Утемов С.В., Смагина Т.Ю. Построение структуры автоматизированной базы данных оптикоэлектронных средств // Труды VIII Международной научно-методической конференции «Информатика: проблемы, методология, технологии », Воронеж, 2008. - Т.2. - С.330-335.
40.0
35.0 -I—
30.0 -I—
25.0
20.0 -I—
15.0 -I—
10.0
5,0 -|— п п
Федеральный государственный научно-исследовательский испытательный центр радиоэлектронной борьбы и оценки эффективности снижения заметности Минобороны России
FOREIGN THERMAL IMAGING SYSTEMS OF INVESTIGATION, THE AIMING AND SUPPORTS OF OBJECTS BY THE OPERATOR S.V. Utyomov, T.Yu. Smagina
The information model foreign thermal imaging systems (TIS) investigations, aimings and supports of objects by operators on the basis of ordering, the analysis and statistical processing data about principles of construction and basic technical characteristics TIS is developed
Key words: thermal imaging systems, histograms of distribution of characteristics
