МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННАЯ ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ СТАНЦИЯ
MULTIFUNCTIONAL OPTOELECTRONIC TEST STATION

Область техники
Изобретение относится к измерительной технике, конкретно к многофункциональным оптико-электронным измерительным установкам для калибровки активных и пассивных каналов средств обнаружения, сопровождения и распознавания воздушных и наземных объектов в инфракрасном (ИК), видимом и ультрафиолетовом (УФ) диапазонах электромагнитных волн.
Уровень техники
Согласно /1÷2/ измерения излучательных и лазерно-локационных характеристик наземных и воздушных объектов на открытых трассах имеют важное значение для верификации экспериментально-теоретических методов и математических моделей определения их оптической заметности, а также для оценки возможностей оптико-электронных систем (ОЭС) наземного и воздушного базирования. Однако при проведении полунатурных и натурных исследований ОЭС на открытых трассах всегда существуют сложности, связанные с калибровкой (эталонированием), а также снижением систематических и случайных погрешностей измерений. Поэтому задачи, связанные с повышением точности и достоверности получаемых при этом уникальных результатов, актуальны.
Известны установки для калибровки, тестирования, эталонирования каналов ОЭС /3÷7/, а также программный аппарат /6, 8/, основанные на измерении параметров сигналов, отраженных от воздушных объектов и от эталонных отражателей с известными характеристиками в ИК, видимом и УФ диапазонах электромагнитных волн, сравнении результатов измерений и принятии решения на калибровку измерительных каналов при выходе разности измерений за допустимые пределы.
Наиболее близким из известных технических решений - прототипом изобретения является многофункциональная оптико-электронная испытательная станция /7/, содержащая блок выносных измерительных эталонов и контрольно-измерительную аппаратуру (КИА), соединенную через вводно-выводное устройство с электронно-вычислительной машиной (ЭВМ) обработки сигналов и управления испытанием, причем КИА содержит лазерное приемно-передающее устройство и блок матричных фотоприемных устройств инфракрасного (ИК), видимого и ультрафиолетового (УФ) диапазонов электромагнитных волн с цифровым выходом.
При этом указанная станция выполнена стационарной для многофункциональных измерений параметров ОЭС и калибровки его оптических каналов в закрытых помещениях.
Недостатком указанной станции является отсутствие возможности калибровки ОЭС на открытых трассах - в реальных территориальных условиях эксплуатации ОЭС.
Следствием этого является недостаточная надежность работы откалиброванных ОЭС по обнаружению и распознаванию воздушных и наземных объектов в районах их эксплуатации из-за резкой зависимости метеорологической дальности видимости ОЭС от погодных условий, состояния атмосферы, фоновых засветок и отражений от местных предметов.
Задачей изобретения является повышение надежности калибровки ОЭС наземного и воздушного наблюдения, а техническим результатом, обеспечивающим решение этой задачи, - повышение точности оптико-электронных измерений.
Сущность изобретения
Достижение заявленного технического результата и решение поставленной задачи обеспечиваются тем, что многофункциональная оптико-электронная испытательная станция, содержащая блок выносных измерительных эталонов и контрольно-измерительную аппаратуру (КИА), соединенную через вводно-выводное устройство с электронно-вычислительной машиной (ЭВМ) обработки сигналов и управления испытанием, причем КИА содержит лазерное приемно-передающее устройство и блок матричных фотоприемных устройств инфракрасного (ИК), видимого и ультрафиолетового (УФ) диапазонов электромагнитных волн с цифровым выходом, согласно полезной модели она выполнена мобильной и дополнительно содержит шину для подключения испытуемой оптико-электронной системы (ОЭС), блок выносных источников оптических помех, блок выносных метеорологических приборов, а также - автоматизированное рабочее место (АРМ) испытателя и АРМ метеоролога, соединенных двунаправленной активной шиной сопряжения с ЭВМ и модемными линиями связи с аппаратурой соответствующих выносных блоков.
При этом блок выносных эталонов включает миры видимого и ИК диапазонов электромагнитных волн, не менее одного теплового эталонного источника ИК излучения, не менее одного эталонного источника УФ излучения, не менее одного эталонного отражателя лазерного излучения, снабженных наземными или аэродинамическими средствами управления их пространственным положением и соответствующими радиомодемами дистанционного управления выносными эталонами с АРМ испытателя. Блок выносных оптических источников помех включает не менее одного генератора аэрозоля, не менее одного пиротехнического теплового излучателя и не менее одного генератора оптического излучения, снабженных наземными или аэродинамическими средствами управления их пространственным положением и соответствующими радиомодемами дистанционного управления источниками помех с АРМ испытателя. Блок выносных метеорологических приборов включает датчик температуры, датчик влажности воздуха, датчик метеорологической дальности видимости, снабженные соответствующими радиомодемами их дистанционного управления с АРМ метеоролога и передачи на него метеорологических данных. ЭВМ обработки сигналов и управления испытанием содержит установленные на двунаправленной активной шине сопряжения процессор, оперативно запоминающее устройство, перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство, съемный блок памяти программ испытаний, съемный блок памяти исходных данных, съемный блок памяти результатов оптико-электронных измерений, съемный блок памяти метеорологических данных, соединенные двунаправленной активной шиной сопряжения с АРМ испытателя и АРМ метеоролога непосредственно и через вводно-выводное устройство с КИА и шинами подключения испытуемой ОЭС. Мобильность станции обеспечена размещением ее аппаратуры в контрейлере - контейнере на колесном шасси с возможностью смешанных перевозок автомобильным, железнодорожным, водным и воздушным транспортом, причем вдоль бортов в помещении контрейлера установлены стеллажи с фиксаторами для установки и фиксации в транспортном положении выносной аппаратуры станции.
Выполнение станции мобильной и снабжение ее контрейлером (передвижным контейнером на колесном ходу для смешанных перевозок автомобильным, железнодорожным, водным и воздушным транспортом), а также размещение в контрейлере соответствующей измерительной аппаратуры и соответствующих метеорологических средств измерений параметров воздушной среды позволяет производить испытания ОЭС непосредственно в районе их дислокации. Этим обеспечивается учет метеорологических условий испытаний и фоновых условий в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном диапазонах длин волн при калибровке и юстировке ОЭС на местности. Результатом этого является повышение точности оптико-электронных измерений и, как следствие, повышение надежности калибровки ОЭС воздушного наблюдения. При этом повышается надежность работы ОЭС в местах их дислокации по обнаружению и распознаванию наземных и воздушных объектов.
Ссылка на чертежи.
На фиг. 1 представлена функциональная схема мобильной многофункциональной оптико-электронной испытательной станции для калибровки активных и пассивных каналов ОЭС по обнаружению, сопровождению и распознаванию наземных и воздушных объектов в инфракрасном (ИК), видимом и ультрафиолетовом (УФ) диапазонах электромагнитных волн; на фиг. 2 - рисунок, поясняющий принцип работы станции при калибровке активных каналов ОЭС обнаружения, сопровождения и распознавания наземных объектов и летательных аппаратов в инфракрасном (ИК), видимом и ультрафиолетовом (УФ) диапазонах электромагнитных волн.
Описание в статике
Многофункциональная оптико-электронная испытательная станция в оптимальном варианте исполнения содержит контрейлер 1 - передвижной контейнер на колесном ходу для смешанных перевозок автомобильным, железнодорожным, водным и воздушным транспортом. В передней части помещения контрейлера 1 установлена бортовая аппаратура станции, включающая соединенные интерфейсными линиями связи 2 автоматизированное рабочее место (АРМ) 3 испытателя, автоматизированное рабочее место (АРМ) 4 метеоролога, электронно-вычислительную машину (ЭВМ) 5 обработки сигналов и управления испытанием, соединенную по сигнальному входу через вводно-выводное устройство 6 с контрольно-измерительной аппаратурой (КИА) 7 и интерфейсной шиной 8 подключения калибруемой ОЭС 9 с пассивными и/или активными каналами инфракрасного (ИК), видимого и/или ультрафиолетового (УФ) диапазонов электромагнитных волн. КИА 7 как и ОЭС 9 содержит лазерное приемно-передающее устройство и блок матричных фотоприемников инфракрасного (ИК), видимого и ультрафиолетового (УФ) диапазона электромагнитных волн с цифровым выходом (на фигурах не показано). АРМ 3 испытателя снабжен модемом 10 для дистанционного управления выносными эталонами 11, источниками оптических помех 12, а АРМ 4 метеоролога - модемом 13 для дистанционного управления метеорологическими приборами 14, приема измеренных параметров атмосферы и введения метеорологических поправок в результаты испытаний ОЭС 9. Модемы 10 и 13 выполнены проводными типа Ethernet или беспроводными радиомодемами типа Wi-Fi. ЭВМ 5 обработки сигналов и управления испытанием содержит установленные на плате 5.1 сопряжения процессор 5.2, оперативно запоминающее устройство 5.3, съемный блок 5.4 памяти программ испытаний, съемный блок 5.5 памяти исходных данных, съемный блок памяти 5.6 результатов оптико-электронных измерений, съемный блок 5.7 памяти метеорологических данных. По входным сигналам и сигналам сопровождения наземных и воздушных объектов ЭВМ 5 соединена через вводно-выводное устройство 6 с КИА 7 и интерфейсной шиной 8 для подключения испытуемого ОЭС 9. Интерфейсная линия связи между шиной 8 и ОЭС 9 выполнена проводной типа Ethernet или беспроводной типа Wi-Fi. Для обеспечения возможности физического переноса дублирующих данных со съемной памяти ОЭС 9 на ЭВМ 5 шина 8 снабжена дополнительным портом USB. Блок выносных эталонов 11 включает миры /2/ видимого и ИК диапазонов электромагнитных волн, не менее одного теплового эталонного источника ИК излучения, не менее одного эталонного источника УФ излучения, не менее одного эталонного отражателя лазерного излучения, снабженных наземными или аэродинамическими средствами управления их пространственным положением и соответствующими радиомодемами дистанционного управления выносными эталонами 11 с АРМ 3 испытателя. Блок выносных оптических источников 12 помех включает не менее одного генератора аэрозоля, не менее одного пиротехнического теплового излучателя и не менее одного генератора оптического излучения, снабженных наземными или аэродинамическими средствами управления их пространственным положением и соответствующими радиомодемами дистанционного управления источниками помех с АРМ 3 испытателя. Блок выносных метеорологических приборов 14 включает датчик температуры и влажности воздуха, например типа S1276, датчик метеорологической дальности видимости, например типа S1305Z (на фигурах не показано), снабженные соответствующими радиомодемами их дистанционного управления с АРМ 4 метеоролога и передачи на него метеорологических данных. Для размещения измерительных эталонов 11, источников 12 оптических помех и метеорологических приборов 14 внутри контрейлера 1 вдоль его бортов расположены стеллажи. На фигурах не показано. Стеллажи снабжены стяжками и фиксаторами, препятствующими сдвигу и повреждению указанных предметов на стеллажах при движении контрейлера 1.
Описание в динамике
Многофункциональная оптико-электронная испытательная станция при калибровке ОЭС 9 по наземным и воздушным объектам работает следующим образом.
В соответствии с заданным планом обслуживания контрейлер 1 перевозится кратчайшим путем, например смешанными перевозками наземным, воздушным и водным транспортом, на территорию дислокации группы ОЭС 9. Контрейлер 1 устанавливают в непосредственной близости от носителя испытуемого ОЭС 9. Далее электрические разъемы ОЭС 9 подключаются к шине 8 контейнера 1 соответствующими кабелями или через радиомодемную линию связи. Далее подается электропитание на бортовую аппаратуру 2÷7 станции. С АРМ 3 испытатель осуществляет привязку ОЭС 9 к местности и ориентирует ОЭС 9 в соответствии с технической документацией по зоне обнаружения наземных и воздушных объектов с КИА 7. Одновременно со стеллажей контрейлера 1 снимают выносные измерительные эталоны 11, источники 12 оптических помех, метеорологические приборы 14 и распределяют их на местности в зоне видимости ОЭС 9 и КИА 7 в соответствии с заданием испытаний. Далее метеоролог снимает показания приборов 14 по интерфейсной линии связи или непосредственно с их индикаторов и вводит их через АРМ 4 в блок 5.7 памяти метеорологических данных ЭВМ 5. К метеорологическим данным, вносимым в блок 5.7 памяти в первую очередь относятся: температура окружающего воздуха, атмосферное давление, относительная влажность воздуха и метеорологическая дальность видимости. Одновременно испытатель снимает координатную информацию распределения эталонов 11 на местности вручную или для эталонов, оснащенных системой позиционирования и модемами связи, - дистанционно по соответствующей интерфейсной линии связи. Далее на АРМ 3 он осуществляет привязку месторасположения эталонов 11 и источников 12 оптических помех к зоне видимости ОЭС 9 и КИА 7, вводит данные о параметрах эталонов 11 в блок 5.5 памяти исходных данных ЭВМ 5. После ввода в ЭВМ 5 метеорологических данных, координат эталонов 11, источников 12 помех и их параметров испытатель на АРМ 3 выбирает очередность программ испытаний ОЭС 9. Вначале используют наземные (на треногах и на растяжках) измерительные эталоны 11 с известными отражательными, излучательными и контрастными характеристиками в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном диапазонах длин волн, расположенных в зоне видимости.
Далее испытатель дает на ЭВМ 5 сигнал разрешения и последняя по заданной программе испытаний, например /2, 6/, измеряет параметры сигналов, принятых от эталонов 11 фотоприемными матрицами ОЭС 9 (калибруемый измеритель) и КИА 7 (эталонный измеритель) сравнивает их между собой. При отклонении численного значения сигналов от допустимых значений ЭВМ 5 вырабатывает сигналы «Останов» и «Выход за допустимые пределы» и выдает результаты измерений на дисплей АРМ 3. Испытатель анализирует результаты тестирования ОЭС по заданному параметру и принимает решение о продолжении испытаний каналов ОЭС 9 или его ремонте. При успешном испытании каналов ОЭС 9 по наземным эталонам 11 производится повторное тестирование, проверка чувствительности и функционирования всех (пассивных и активных) измерительных каналов ОЭС 9 с помощью аэроэталона, выполненного в виде воздушного шара и/или управляемого беспилотного летательного аппарата с эталонными оптическими характеристиками. После успешного завершения испытаний по эталонам производят измерения характеристик помехозащищенности каналов ОЭС 9 в дневных и ночных условиях в условиях применения источников 12 оптических помех по воздушным 15 или наземным объектам. Одновременно ЭВМ 5 производит оценку работоспособности алгоритмов обнаружения объектов 15 ОЭС 9 и оценку на этой основе реальной дальности обнаружения объекта 15. Результаты испытаний ОЭС 9 документируются в соответствующую съемную память ЭВМ, которая прилагается к соответствующему письменному акту испытаний.
По завершении испытаний производится свертывание станции, выносные эталоны 11, источники 12 оптических помех и метеорологические приборы 14 переносятся в контрейлер 1 и закрепляются на соответствующих стеллажах. После перевода аппаратуры станции в транспортное положение контрейлер 1 перевозится в очередное место дислокации ОЭС 9.
Промышленная применимость
Изобретение разработано на уровне опытного образца и программного аппарата /6, 8/. Испытания опытного образца в местах дислокации ОЭС 9 показали достижение заявленного технического результата - повышение точности измерений параметров ОЭС 9. Одновременно повысилась надежность калибровки ОЭС 9, сокращено время ее испытаний. В результате обеспечивается уменьшение количества ложных срабатываний ОЭС 9, повышение надежности правильной работы ОЭС и вероятностей правильного обнаружения, сопровождения и распознавания наземных и воздушных объектов.
Источники информации
1. Хмаров И.М., Кондратов Н.Г. Методы калибровки при полунатурных и натурных измерениях лазерно-локационных характеристик летательных аппаратов на открытых трассах // Измерительная техника. 2011. №3. С. 35-39.
2. В.В. Тарасов, Ю.Г. Якушенков. Инфракрасные системы «смотрящего типа». М.: «Логос». 2004, с. 285-320.
3. Хмаров И.М. Метод определения эффективной площади рассеяния летательных аппаратов с учетом реальных условий // Радиотехника. 2010. №11. С. 79-84.
4. Хмаров И.М. и др. Установка для измерения отражательных характеристик материалов. Патент RU №94699.
5. Хмаров И.М. и др. Устройство для распознавания объектов по их трехмерным лазерным изображениям. Патент RU №105043.
6. Хмаров И.М. и др. Комплекс оптимизации параметров лазерных локационных систем. Патент RU №94698.
7. Хмаров И.М. и др. Установка для измерения лазерно-локационных характеристик объектов. Патент RU №94697.
8. Хмаров И.М. и др. Программа для расчета характеристик оптического излучения малозаметных летательных аппаратов. Свидетельство RU 2013136359 на программу для ЭВМ.