Двухканальный комбинированный прибор ночного видения с радиолокационным каналом

Предлагаемая полезная модель относится к технике оптико-электронных приборов наблюдения, в частности к комбинированным приборам ночного видения.
Известен принятый за аналог активно-импульсный телевизионный прибор ночного видения (АИ ТВ ПНВ) (см. Волков В.Г., Гиндин Д.А. Техническое зрение. Инновации. М.: Техносфера, 2014, 840 с. 17, рис. 1.1.6). Он содержит импульсный лазерный осветитель (ИЛО), блок стробирования (БС) и блок наблюдения (БН). ИЛО состоит из блока накачки, подключенного к импульсному лазерному полупроводниковому излучателю (ИЛПИ), на который сфокусирован объектив формирования излучения (ОФИ). БС состоит из задающего генератора импульсов (ЗГИ), первый выход которого подключен ко входу блока накачки, а второй выход подключен через блок регулируемой задержки (БРЗ) ко входу формирователя стробирующих импульсов (ФСИ). БН состоит из последовательно установленных на оптической оси объектива, узкополосного фильтра, электронно-оптического преобразователя (ЭОП) с микроканальной пластиной (МКП), к которой подключен выход ФСИ, оптики переноса, состоящей из первого и второго линзовых компонентов, сфокусированных соответственно на экран ЭОП и на матрицу прибора с зарядовой связью (ПЗС) телевизионной (ТВ) камеры, подключенной к ТВ монитору. АИ ТВ ПНВ обеспечивает уверенное распознавание объекта наблюдения на повышенных дальностях как при нормальной, так и при пониженной прозрачности атмосферы (дымка, туман, дождь, снегопад и др.), а также при воздействии мощных световых помех, обеспечивает точное измерение дальности до объекта. Однако АИ ТВ ПНВ не обеспечивает поиск и обнаружение объекта на предельной дальности действия АИ ТВ ПНВ при его работе в активно-импульсном (АИ) режиме.
Известен принятый за прототип комбинированный ПНВ, состоящий из блока наблюдения (БН) и блока радиолокационной станции (РЛС) (см. Волков В.Г., Гиндин Д.А. Техническое зрение. Инновации. М.: Техносфера, 2014, 840 с. 691, рис. 7.8.3). БН выполнен в виде (ПНВ - ночного прицела 1ПН91-1 (см. «Ночной прицел 1ПН91». Проспект ОАО ПО «НПЗ», РФ, г. Новосибирск, 2013 г.). БН состоит из последовательно установленных на оптической оси объектива, ЭОП с МКП и окуляра и работает в пассивном режиме (без подсвета). БН обеспечивает распознавание объекта наблюдения, но только на небольших дальностях, существенно меньших, чем АИ ТВ ПНВ. Кроме того, блок наблюдения не может работать при пониженной прозрачности атмосферы и при воздействии световых помех, не обеспечивает точное измерение дальности до объекта наблюдения. Блок радиолокационной станции - РЛС «Фара-1» (см. «Портативная РЛС «Фара-1». Проспект ОАО НПО «Стрела», РФ, г. Тула, www.dic.academic.ru, а также «Fara-1. Man-Portable Grouped Observation and Recognition Radar». Проспект Государственной корпорации «Рособоронэкспорт», РФ, М., 2009 г.) содержит синхронизатор, первый выход которого через передатчик подключен к антенному переключателю. Он через волноводную линию передачи связан с параболическим зеркалом - антенной, сопряженным с плоским зеркальным контротражателем. Второй выход синхронизатора подключен к первому входу приемника, второй вход которого подключен к выходу антенного переключателя, а выход подключен к первому входу индикатора, ко второму входу которого подключен второй выход синхронизатора, с корпусом блока РЛС связан датчик азимута, выход которого подключен к третьему входу индикатора. Блок РЛС обеспечивает поиск и обнаружение объекта наблюдения в широком угле обзора в тех же условиях, что и АИ ТВ ПНВ на предельных дальностях его работы, осуществляет измерение координат объекта и грубое измерение дальности до него. Однако блок РЛ канала не обеспечивает распознавание объекта наблюдения.
Задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение поиска, обнаружения и распознавания объекта наблюдения на повышенной дальности, соответствующей предельным возможностям АИ ТВ ПНВ, с возможностью точного измерения дальности до объекта.
Указанная цель достигается тем, что комбинированный прибор ночного видения, содержит блок наблюдения, состоящий из последовательно установленных на оптической оси приемного объектива, электронно-оптического преобразователя с микроканальной пластиной, а также блок радиолокационного канала, содержащий синхронизатор, первый выход которого через передатчик подключен к антенному переключателю, который через волноводную линию передачи связан с параболическим зеркалом - антенной, сопряженным с плоским зеркальным контротражателем, сопряженным с волноводной линией передачи, второй выход синхронизатора подключен к первому входу приемника, второй вход которого подключен к выходу антенного переключателя, а выход подключен к первому входу индикатора, ко второму входу которого подключен третий выход синхронизатора, с параболическим зеркалом - антенной связан датчик азимута, выход которого подключен к третьему входу индикатора, блок радиолокационного канала дополнительно содержит дихроичное плоское зеркало с отражающей поверхностью, установленное между параболическим зеркалом - антенной и плоским зеркальным контротражателем, обеспечивающим их сопряжение с дополнительно введенным линзовым компенсатором полевых аберраций, причем параболическое зеркало - антенна, дихроичное плоское зеркало с отражающей поверхностью, плоский зеркальный контротражатель и линзовый компенсатор полевых аберраций образуют приемный зеркально-линзовый объектив приемного канала, дополнительно содержащего установленный между приемным зеркально-линзовым объективом и электронно-оптическим преобразователем узкополосный фильтр, на выходе электронно-оптического преобразователя установлена оптика переноса, первый ее линзовый компонент сфокусирован на экран электронно-оптического преобразователя, а второй ее линзовый компонент сфокусирован на матрицу ПЗС дополнительно введенной телевизионной камеры, выход которой через дополнительно введенный преобразователь телевизионного сигнала, подключенного к четвертому входу индикатора, блок наблюдения дополнительно содержит импульсный лазерный осветитель, содержащий блок накачки, выход которого подключен к импульсному лазерному полупроводниковому излучателю, оптически сопряженному с объективом формирования излучения, выход которого оптически сопряжен с отражающей зеркальной поверхностью дихроичного плоского зеркала, блок наблюдения дополнительно содержит блок стробирования, содержащего задающий генератор импульсов, первый выход которого подключен ко входу блока накачки, а второй выход через блок регулируемой задержки подключен к формирователю стробирующих импульсов, выход которого подключен к микроканальной пластине электронно-оптического преобразователя, выход индикатора подключен через дополнительно введенный измеритель временных интервалов ко второму входу блока регулируемой задержки.
Благодаря преобразованию в блоке наблюдения в АИ ТВ ПНВ устройство обеспечивает не только обнаружение, но и распознавание объектов наблюдения на предельных дальностях действия в широком диапазоне изменения внешних условий, а также точное измерение дальности до объекта.
Блок-схема полезной модели представлена на чертеже фиг. 1. Устройство состоит из блока радиолокационного канала 1 и блока наблюдения 2. Блок радиолокационного канала 1 содержит синхронизатор 3. Его первый выход через передатчик 4 подключен к антенному переключателю 5. Он через волноводную линию передачи 6 связан с параболическим зеркалом - антенной 7. Оно сопряжено через дихроичное плоское зеркало 8 с плоским зеркальным контротражателем 9. Его выход сопряжен с волноводной линией передачи 6. Второй выход синхронизатора 3 подключен к первому входу приемника 10, второй вход которого подключен к выходу антенного переключателя 5, а выход подключен к первому входу индикатора 11. К его второму входу подключен третий выход синхронизатора 3, с параболическим зеркалом - антенной 7 связан датчик азимута 12, выход которого подключен к третьему входу индикатора 11. Последовательно установленные на оптической оси параболическое зеркало - антенна 7 (выполняющее роль параболического зеркала), дихроичное плоское зеркало 8, плоский зеркальный контротражатель 9, отражающая поверхность 13 дихроичного плоского зеркала 8, компенсатор полевых аберраций 14 образуют приемный зеркально-линзовый объектив. На выходе приемного зеркально-линзового объектива (позиции 7, 8, 9, 13, 14) в приемном канале 15 последовательно установлены на оптической оси узкополосный фильтр 16, электронно-оптический преобразователь (ЭОП) 17 с микроканальной пластиной (МКП) 18, оптика переноса 19, первый линзовый компонент которой 20 сфокусирован на экран ЭОП 17, второй ее линзовый компонент 21 сфокусирован на матрицу ПЗС ТВ камеры 22. Ее выход через преобразователь ТВ сигнала 23 подключен к четвертому входу индикатора 11. В состав бока наблюдения 2 входит импульсный лазерный осветитель 24. Он содержит блок накачки 25, подключенный к импульсному лазерному полупроводниковому излучателю (ИЛПИ) 26, на который сфокусирован объектив формирования излучения (ОФИ) 27. В состав блока наблюдения 2 входит блок стробирования 28. Он содержит задающий генератор импульсов (ЗГИ) 29, первый выход которого подключен ко входу блока накачки 25, а второй выход подключен через блок регулируемой задержки (БРЗ) 30 к формирователю стробирующих импульсов (ФСИ) 31, выход которого подключен к МКП 18 ЭОП 17. Выход ОФИ 27 оптически сопряжен с отражающей зеркальной поверхностью 13 дихроичного плоского зеркала 8. Выход индикатора 11 через измеритель временных интервалов (ИВИ) 33 подключен ко второму входу БРЗ 30.
Устройство работает следующим образом. Поиск и обнаружение объекта наблюдения осуществляется в блоке радиолокационного канала 1. При этом синхронизатор 3 обеспечивает согласование во времени работы всех узлов и блоков блока радиолокационного канала 1, выработку запускающих импульсов и создание шкалы времени (шкалы дальности) блока радиолокационного канала 1 в индикаторе 11. По команде синхронизатора 3 передатчик 4 вырабатывает кратковременные зондирующие импульсы высокочастотного (ВЧ) излучения. Их длительность зависит от шкалы дальности. Антенный переключатель 5 осуществляет подключение передатчика 4 через волноводную линию передачи 6 к параболическому зеркалу - антенне 7 в момент излучения ВЧ зондирующего импульса и подключение параболического зеркала -антенны 7 к приемнику 10 в оставшуюся часть периода излучения. Импульс ВЧ излучения отражается от плоского зеркального контротражателя 9 и поступает в параболическое зеркало - антенну 7, которое сужает излучение передачи. Приемник 10 принимает отраженные от объекта сигналы (эхо-сигналы), преобразует их в промежуточную частоту, усиливает, а потом преобразует в видеосигнал. Он поступает в индикатор 11, который обеспечивает отображение радиолокационной обстановки, измерение координат объекта, решение задач системы автоматического проектирования (САПР), отображение буквенной, цифровой и символьной информации, вплоть до электронных карт. Датчик азимута 12 служит для ориентации изображения и передачи углового положения параболического зеркала - антенны 7 на индикатор 11. Дальность до объекта определяется по времени распространения импульса излучения от блока радиолокационного канала 1 до объекта и обратно. Параболическое зеркало - антенна 7 осуществляет сканирование по азимуту и по углу места цели для поиска объекта. После его обнаружения для распознавания объекта включается блок наблюдения 2. При этом с первого выхода ЗГИ 29 подаются синхроимпульсы на вход блока накачки 25. Он формирует импульсы тока, которыми возбуждается ИЛПИ 26. Он генерирует импульсы излучения на длине волны 0,85 мкм. ОФИ 27 коллимирует излучение ИЛПИ 26. Оно отражается от отражающей на длине волны 0,85 мкм зеркального покрытия 13 дихроичного плоского зеркала 8 и направляется на объект наблюдения, создавая на нем пятно подсвета. Импульсы излучения, отраженные от объекта, возвращаются обратно и поступают на параболическое зеркало - антенну 7, отражаются от нее, проходят через дихроичное зеркало 8, отражаются от плоского контротражателя 9, затем отражаются от зеркально отражающего на длине волны 0,85 мкм зеркальной поверхности 13 дихроичного плоского зеркала 8 и приходят в линзовый компенсатор полевых аберраций 14 приемного канала 15, проходят через узкополосный фильтр 16 и создают изображение на фотокатоде ЭОП 17. Узкополосный фильтр 16 имеет рабочую длину волны 0,85 мкм и спектральную полосу пропускания, равную спектральной полосе излучения ИЛПИ 26. Фильтр 16 служит для спектральной селекции объекта наблюдения на фоне световых помех. До прихода импульса излучения на фотокатод ЭОП 17 его МКП 18 заперта напряжением постоянного смещения, подаваемого с выхода ФСИ 31. Благодаря этому ЭОП 17 не воспринимает постороннее излучение и не пропускает сигнал. Одновременно с подачей синхроимпульса с первого выхода ЗГИ 29 на вход блока накачки 25 со второго выхода ЗГИ 29 подается синхроимпульс на вход БРЗ 30. В нем осуществляется плавно регулируемая задержка между моментом формирования синхроимпульса с первого выхода ЗГИ 29 и моментом формирования импульса на выходе БРЗ 30, который поступает на вход ФСИ 31. Он формирует импульс напряжения, поступающий на МКП 18 и снимающий напряжение постоянного смещения. Длительность импульса напряжения (длительность строба) равна или несколько превышает длительность импульса излучения подсвета. Благодаря импульсу излучения с выхода ФСИ 31 МКП 18 отпирается на время длительности импульса строба, и ЭОП 17 воспринимает импульс излучения, создающий изображение объекта на фотокатоде ЭОП 17. Он преобразует изображение в видимое и усиливает его по яркости с помощью МКП 18. Изображение с экрана ЭОП 17 с помощью первого 20 и второго 21 линзового компонентов оптики переноса 19 передается на матрицу ПЗС ТВ камеры 22. Видеосигнал с ее выхода поступает в блок преобразования ТВ сигнала 23. Здесь ТВ сигнал преобразуется в форму, которая позволяет передать видеосигнал, необходимый для его восприятия индикатором 11. На его экране оператор наблюдает изображение. При этом сигнал между моментом излучения ВЧ импульса и временем его возвращения в блок радиолокационного канала 1 измеряется с помощью измерителя временных интервалов 33. Он формирует задержку, которая поступает на второй вход БРЗ 30. Это позволяет еще до включения блока наблюдения 2 в АИ режим работы установить в БРЗ 30 такую задержку, при которой объект сразу же попадает в пределы глубины просматриваемого пространства блока наблюдения 2. Тем самым исключается необходимость поиска объекта в блоке наблюдения 2 по глубине путем плавной регулировки задержки в БРЗ 30. Оператор осуществляет распознавание объекта и осуществляет точное измерение дальности до него по величине задержки в БРЗ 30.
В настоящее время разработана принципиальная схема устройства и выполнено его макетирование.
Таким образом, благодаря преобразованию в блоке наблюдения в АИ ТВ ПНВ устройство обеспечивает не только обнаружение, но и распознавание объектов наблюдения на предельных дальностях действия в широком диапазоне изменения внешних условий, а также точное измерение дальности до объекта.