Активно-импульсный прибор наблюдения
ACTIVE-PULSE MONITORING DEVICE

Изобретение относится к оптико-электронным приборам наблюдения и прицеливания, используемым в военной технике, технике сил правопорядка, технике обеспечения персональной безопасности и приватности, в частности -к активно-импульсным приборам наблюдения и прицеливания, а также к лазерным локаторам оптических приборов. Наиболее значимые применения - прицелы контр-снайперских средств, многоканальные приборы разведки, командирские прицелы бронетехники и приборы водителя.
Известны активно-импульсные приборы ночного видения. Такой прибор [1] содержит лазерный излучатель, приемник излучения, генератор импульсов включения излучателя и приемника, а также синхронизатор обеспечивающий возможность регулировки задержки строба включения приемника относительно импульса излучателя. Лазерный излучатель, состоящий из лазера, передающего объектива и электронного блока накачки лазера, освещает наблюдаемую сцену. Приемник излучения состоит из приемного объектива, стробируемого электронно-оптического преобразователя (ЭОП), оптической проекционной системы, телевизионной камеры и монитора. Приемный объектив формирует изображение наблюдаемого пространства на фотокатоде ЭОПа. ЭОП усиливает изображение и осуществляет, одновременно, функцию затвора. Изображение с экрана ЭОПа, через проекционную оптическую систему, передается на телевизионную камеру и рассматривается оператором с экрана монитора.
Синхронизатор, регулируемый оператором, обеспечивает временную задержку между импульсами запуска лазерного излучателя и импульсами (стробами) включения затвора ЭОПа. Длительность задержки определяет дальность до границы просматриваемого участка пространства, а длительность строба открывания - глубину просматриваемого пространства по дальности. В приборах ночного видения, активно-импульсный принцип позволяет исключить помехи, вызываемые обратным рассеянием на ближних слоях атмосферы и яркими отражениями от близко расположенных объектов и растительности.
Известны, также, устройства для поиска оптических и оптико-электронных приборов (ОЭП) на активно-импульсном принципе наблюдения [2]. Такие приборы функционально являются активно-импульсными приборами наблюдения, но способными работать в широком диапазоне освещенности, покрывающим условия дня и ночи. При попадании в зондирующий луч, ОЭП, обращенный к устройству поиска, дает световой отклик, воспринимаемый приемником излучения. Поскольку отражение от ОЭП имеет ретро-рефлексионный характер, а от фона - диффузный, яркость точечного изображения ОЭП превосходит яркость фона. Активно-импульсный принцип позволяет повысить отношение сигнал/фон, при прочих равных условиях, если цель попадает в поле зрения и строб дальности прибора поиска, но скорость поиска цели ограничена необходимостью последовательного просмотра пространства не только по углу места и азимуту, но и по глубине.
Известно, например, устройство обнаружения оптико-электронных объектов [3] (пат. РФ №2129287, приоритет 05.02.98, G01S 17/00) содержащее лазерный излучатель, приемник излучения, генератор импульсов включения излучателя и приемника, а также синхронизатор, обеспечивающий возможность регулировки задержки строба включения приемника относительно импульса излучателя. Приемник выполнен на основе стробируемого ЭОПа, связанного с ТВ камерой через проекционный объектив. Устройство позволяет отображать цель (оптические и оптико-электронные приборы) в виде яркой точки и фоновую обстановку в виде естественного монохроматического изображения.
При поиске цели оператор сканирует 2 угловые координаты поворотом устройства в пространстве и дальность до цели при помощи органа управления положением строба дальности.
Недостатком этого устройства является низкая скорость поиска цели в пространстве, определяемая необходимостью последовательного просмотра пространства по 3 координатам: азимуту, углу места и дальности.
Устройство, согласно способу обнаружения средств оптического и оптикоэлектронного типа [4] (пат. РФ №2133485, приоритет 03.07.98, G01S 17/00, 17/10), дополнительно содержит пороговое устройство. Это устройство использует критерий превышения пороговой величины по яркости и для селекции ложных целей - критерий мигания блика ОЭП. Недостатком этого устройства являются низкая скорость поиска цели и отсутствие в изображении целефоновой обстановки.
Наиболее близким аналогом - прототипом - является устройство для обнаружения оптических и оптико-электронных приборов [5] (пат. РФ №2239205) по п. 5 формулы изобретения.
Активно-импульсный прибор - прототип содержит лазерный излучатель, приемник излучения, генератор импульсов включения излучателя и приемника, а также синхронизатор, обеспечивающий возможность регулировки задержки строба включения приемника относительно импульса излучателя. Лазерный излучатель содержит полупроводниковый лазер, электронику управления лазером и объектив, формирующий требуемое поле подсветки. Приемник излучения содержит приемный объектив, стробируемый ЭОП и окуляр. Генератор управляющих импульсов генерирует непрерывную последовательность импульсов. Синхронизатор, передает последовательность импульсов на лазерный излучатель и, с временной задержкой, на затвор ЭОПа. Длительность задержки, соответствующая дальности до рассматриваемого участка сцены, может регулироваться оператором.
Оператор, через окуляр, просматривает участок местности, подсвеченный импульсным лазерным излучателем. При попадании в луч ОЭП, наблюдатель видит блик от ОЭП в виде яркой точки, на менее ярком естественном фоне. Поскольку отражение от ОЭП имеет ретро-рефлексионный характер, а от фона - диффузный, яркость цели в изображении определяется мощностью лазерного облучения и коэффициентом световозвращения ОЭП, а яркость фона - естественной окружающей освещенностью и коэффициентами отражения элементов фоновой обстановки. Мощность лазерной подсветки должна быть достаточна для того, чтобы отношение яркости точечной цели к яркости фона превосходило критическое значение для заданной вероятности селекции цели. Кроме того, прототип имеет модулятор лазерного излучения с частотой 0.2-25 Гц, не используемый в настоящем изобретении.
Недостатком прототипа является низкая скорость поиска цели. При поиске цели, оператор вынужден последовательно сканировать пространство не только по 2 угловым координатам, но и по дальности.
Общими признаками заявляемого изобретения и прототипа являются: наличие лазерного излучателя, приемника излучения, генератора импульсов включения излучателя и приемника, а также синхронизатора обеспечивающего возможность регулировки задержки строба включения приемника относительно импульса излучателя.
Задачей изобретения является повышение скорости поиска цели.
Поставленная задача решается тем, что, в состав активно-импульсного прибора наблюдения, содержащего лазерный излучатель, приемник излучения и генератор импульсов включения излучателя и приемника, имеющий возможность регулировки задержки строба включения приемника относительно импульса излучателя, дополнительно вводится контроллер, автоматически задающий последовательность задержек импульсов включения приемника относительно импульсов включения излучателя переменной длительности.
Контроллер производит перебор задержек включения приемника излучения, обеспечивая, тем самым, автоматический просмотр заданного диапазона дальности. При автоматическом просмотре заданного диапазона дальности, за время сопоставимое с постоянной времени интегрирования глаза (порядка 0.1 сек), скорость поиска цели возрастает, за счет исключения ручного сканирования дальности оператором. Дальность обнаружения цели при этом падает, за счет снижения воспринимаемого отношения сигнал/фон при увеличении глубины автоматически сканируемого пространства.
Далее, согласно п. 2 формулы изобретения, для повышения предельной дальности обнаружения цели при автоматическом сканировании пространства по глубине, контроллер работает по алгоритму, при котором, среднее количество длительных задержек в единицу времени превышает среднее количество коротких задержек.
Суть усовершенствования заключается в том, что «внимание» локатора перераспределяется с меньших дальностей, где «энергетика» избыточна, к большим - где «энергетика» недостаточна для выделения цели из фона.
возвр
изл
изл
cp
n
n
4
4
Зависимость потока излучения, возвращаемого ретрорефлективным отражателем в приемник излучения прибора наблюдения, имеет характер Ф=kФL, где Ф - поток излучения от лазерного излучателя, L-дальность до отражающего объекта, а k - коэффициент, учитывающий конструктивные параметры активно-импульсного прибора и показатель световозвращения обнаруживаемого оптического прибора. Таким образом, распределение среднего количества задержек в единицу времени по дальности (длительности задержки), обеспечивающее одинаковую яркость изображения цели на разных дальностях, описывается выражением n=kL, где k - нормирующий коэффициент.
Закон изменения среднего количества импульсов в функции длительности их задержек (дальности), в активно-импульсном приборе наблюдения, может быть определен как равноярким распределением, так и аппаратно удобной аппроксимацией равнояркого распределения, в том числе и линейной зависимостью. Этот закон, может быть, также, компромиссным между зависимостью 4 степени и равномерным распределением энергии по дальности, в том числе и линейным распределением. Очевидно, также, что один и тот же активно-импульсный прибор наблюдения может использовать несколько законов управления средним количеством импульсов, по выбору оператора.
Поставленная задача может быть, также, решена тем, что в активно-импульсный прибор наблюдения, содержащий лазерный излучатель, приемник излучения, генератор импульсов включения излучателя и приемника, регулятор мощности излучаемых импульсов и синхронизатор, обеспечивающий возможность регулировки задержки строба включения приемника относительно импульса излучателя, дополнительно вводится контроллер, автоматически задающий последовательность задержек стробов включения приемника относительно импульсов включения излучателя и сигналов управления мощностью лазерного излучателя, причем средняя мощность лазерного излучателя, соответствующая большим задержкам, превышает среднюю мощность, соответствующую малым задержкам (п.3 формулы изобретения). В данном варианте решения, автоматический контроллер генерирует последовательность задержек и соответствующих импульсов управления мощностью излучателя. Высокая скорость поиска цели обеспечивается автоматическим сканированием по дальности, а оптимальное перераспределение излучаемой мощности по дальности - за счет изменения мощности импульса излучателя, соответствующего дальности, определяемой длительностью задержки. На малых дальностях, средняя мощность меньше чем на больших. При этом, общая средняя мощность излучателя в единицу времени остается в пределах, определяемых максимальной средней мощностью конкретного лазерного излучателя.
Приемник излучения содержит приемный объектив, фотоприемник, способный воспринимать изображение, формируемое приемным объективом, например ЭОП, ТВ камеру или комбинацию ЭОПа с ТВ камерой, а также средство отображения изображения - дисплей или окуляр. Приемный объектив может быть снабжен фильтром ИК излучения соответствующего длине волны лазерного излучателя.
Сущность устройства поясняется на фиг. 1, показывающим вариант реализации по п. 2 формулы изобретения. Устройство содержит:
1. Лазерный излучатель;
2. Стробируемый приемник излучения;
3. Генератор импульсов включения излучателя и приемника, имеющий возможность регулировки задержки строба включения приемника относительно импульса излучателя;
4. Контроллер, автоматически задающий последовательность задержек импульсов включения приемника относительно импульсов включения излучателя;
5. Кроме того, на рисунке изображен обнаруживаемый ОЭП.
Лазерный излучатель 1 включает в себя источник питания, объектив, формирующий требуемое поле подсветки, полупроводниковый лазер и электронный формирователь импульсов излучения.
Стробируемый приемник излучения 2 включает в себя ЭОП, источник питания, электронный формирователь стробирующих затворных импульсов, объектив и окуляр.
Контроллер 4 вырабатывает последовательность импульсов с задержками переменной длительности, обеспечивая сканирование заданного оператором фрагмента пространства по дальности. Длительность задержки соответствует дальности до просматриваемого участка пространства. При этом, в соответствии с п. 2 формулы изобретения, среднее количество задержек большей длительности превышает среднее количество задержек малой длительности. Благодаря этому, яркость изображения удаленных целей возрастает, что обеспечивает более высокую вероятность их обнаружения.
Фиг. 2 иллюстрирует вариант реализации по п. 3 формулы изобретения. Устройство содержит:
1. Лазерный излучатель;
2. Стробируемый приемник излучения;
3. Генератор импульсов включения излучателя и приемника, имеющий возможность регулировки задержки строба включения приемника относительно импульса излучателя;
4. Контроллер, автоматически задающий последовательность задержек импульсов включения приемника относительно импульсов включения излучателя;
5. Обнаруживаемый ОЭП;
6. Регулятор мощности излучаемых импульсов.
Контроллер 4 вырабатывает последовательность импульсов с задержками переменной длительности, обеспечивая сканирование заданного оператором фрагмента пространства по дальности, а также команды управления регулятором мощности излучаемых импульсов 6. Длительность задержки соответствует дальности до просматриваемого участка пространства. При этом, в соответствии с п. 3 формулы изобретения, средняя мощность лазерных импульсов, соответствующая большим задержкам, превышает среднюю мощность, соответствующую малым задержкам. Благодаря этому, яркость изображения удаленных целей возрастает, что обеспечивает более высокую вероятность их обнаружения.
Таким образом, по сравнению с прототипом, предложенное изобретение позволяет повысить скорость обнаружения при компромиссном уменьшении дальности обнаружения.
Библиография
1. «Специальная Техника» №3 2002. Волков В.Г. «Активно-импульсные приборы ночного видения».
2. «Специальная Техника» №2 2004. Волков В.Г. «Приборы ночного видения для обнаружения бликующих элементов».
3. Патент РФ №2129287, Михайленко С.А.; Слипченко Н.Н.; Казаков А.С.; Крымский М.И., «Устройство обнаружения оптоэлектронных объектов».
4. Патент РФ №2133485, Казаков А.С.; Крымский М.И.; Михайленко С.А.; Слипченко Н.Н.; Поджуев В.А., «Способ обнаружения средств оптического и оптоэлектронного типа»
5. Патент РФ №2239205, Голицын А.В., Голубев П.Г., Синицын Ю.А., Питик С.Д., Попов Г.Н., Южик И.Б., «Устройство для обнаружения оптических и оптико-электронных приборов»