Приборы ночного видения – это оптико-электронные приборы, созданные для наблюдения в сложных световых условиях – пыль, задымление, снег, дождь, – в сумерках и даже в абсолютной темноте.

Современные приборы ночного видения (ПНВ) делятся на тепловизоры; низкоуровневые телевизионные приборы наблюдения; активно-импульсные приборы ночного видения; ПНВ, созданные на базе электронно-оптических преобразователей (ЭОП) и комбинированные приборы наблюдения. В настоящее время существуют ПНВ I, II, II+, III поколений, отличающиеся дальностью видения, качеством изображения, массой и габаритами, временем работы и стойкостью к воздействию световых помех.

Конструктивное исполнение их также может быть разным: существуют монокуляры и бинокли НВ, очки ночного видения, прицелы НВ и наголовные монокуляры.



Вступление

Кратко изложено современное состояние развития приборов ночного видения (ПНВ) и тепловизоров, показаны пути и концепции дальнейшего развития этих видов техники, перечислены важнейшие ведущиеся разработки новых видов ночной техники на базе новейших достижений в разработке и создании электронно- оптических преобразователей (ЭОП) и фотоприемных устройств (ФПУ). Дан сравнительный анализ оснащения приборами ночного видения и тепловизорами российской и зарубежных армий.

Приборы ночного видения (ПНВ)

Краткие характеристики приборов ночного видения

Видение в темное время суток в основном обеспечивается приборами ночного видения (ПНВ) на электронно-оптических преобразователях (ЭОП) и тепловизионными приборами (тепловизоры) на фотоэлектрических приемниках. Приборы ночного видения (ПНВ) просты конструктивно и в эксплуатации, имеют высокое разрешение и относительно низкую стоимость. Но в то же время их дальность действия сильно зависит от характеристик внешних условий; приборы ночного видения имеют низкую помехозащищенность. Обычно даже современные приборы ночного видения (ПНВ) на ЭОП Super Gen и 3-го поколения имеют вероятность обеспечения дальности действия не выше 80-85 %. В закрытых помещениях либо в условиях сильно закрытого горизонта приборы ночного видения (ПНВ) работают лишь при использовании специально организованной подсветки.

Классификация приборов ночного видения

Приборы ночного видения (ПНВ) подразделяются на поколения в соответствии с поколениями ЭОП.

I. Нулевое поколение приборов ночного видения (ПНВ) на ЭОП стеклянной конструкции - с многощелочным фотокатодом чувствительностью до 220 мкА/лм, оптическими элементами (ВОЭ) на входе и выходе, одно- и многокаскадные.

II. Второе поколение приборов ночного видения (ПНВ) на ЭОП - с ВОЭ на входе и выходе, микроканальным усилителем (МКУ) и многощелочным фотокатодом чувствительностью до 300 мкА/лм.

Второе поколение подразделяется на инверторные ЭОП и бипланарные ЭОП, представляющие собой два промежутка с параллельным электростатическим полем: фотокатод-МКП и МКП-экран. Приборы ночного видения на бипланарных ЭОП в зависимости от чувствительности многощелочного фотокатода подразделяются на ЭОП 2-го поколения, 2+ поколения, 2++ поколения.

III. Третье поколение приборов ночного видения (ПНВ) - это бипланарные ЭОП с полупроводниковым фотокатодом из AsGa.

Последние разработки ЭОП для приборов ночного видения

В настоящее время в России завершены опытно-конструкторские работы по созданию электронно-оптических преобразователей (ЭОП) бипланарной конструкции с многощелочным фотокатодом поколений 2, 2+ и 2++, а также третьего поколения с фотокатодом А3В5 для приборов ночного видения.

За рубежом в США освоены в серийном производстве ЭОП бипланарной конструкции 3-го поколения с поворотом и без поворота изображения; фирмы Европы и Израиля освоили и серийно выпускают ЭОП бипланарной конструкции поколений 2+ и 2++ для приборов ночного видения (ПНВ).

На основе бипланарных ЭОП разработан и частично освоен в серийном производстве комплекс приборов ночного видения нового поколения. В частности такие приборы ночного видения (ПНВ), как псевдобинокулярные очки ночного видения ("Наглазник"), псевдобинокулярный ночной бинокль ("Лидер"), ночной прицел для стрелкового оружия, авиационные очки ночного видения ("Скосок") и некоторые другие приборы.

Помимо перечисленных ПНВ, на новом поколении ЭОП разработано большое количество разнообразных приборов с достаточно оригинальными характеристиками. В частности, такие приборы ночного видения, как низкопрофильные ОНВ, широкопольные ОНВ (поле зрения до 60° ) и другие типы приборов. Разработку подобных приборов ночного видения (ПНВ) начали вести не только предприятия, занимающиеся этим вопросом традиционно, но и огромное число предприятий, возникающих в последнее время.

За рубежом в США разработан комплекс приборов ночного видения (ПНВ) на основе ЭОП 3-го поколения, страны НАТО в основном ведут разработки ПНВ на основе ЭОП поколения 2++. По основным параметрам зарубежные приборы ночного видения соответствуют отечественным. Преимущество ПНВ на ЭОП 3-го поколения реализуется лишь при освещенности, существенно ниже нормированной (Е< 1•10-3 лк). При этих освещенностях приборы на ЭОП 3-го поколения превосходят по дальности действия приборы на ЭОП поколения 2++. Стоимость приборов ночного видения на ЭОП 3-го поколения по сравнению с аналогами на ЭОП поколения 2++ в ~ 1,5-2раза выше.

Перспективы развития приборов ночного видения

Перспективы развития приборов ночного видения (ПНВ) связаны с созданием чувствительных элементов 4-го поколения. ЭОП 4-го поколения должен иметь спектральную чувствительность до 1,5 мкм, разрешающую способность 64 штр/мм, чувствительность на длине волны = 1,0 мкм S >100 мА/Вт, отношение сигнал-шум более 63 единиц.

В настоящее время разработаны приборы ночного видения (ПНВ) на бипланарных ЭОП с фотокатодом, чувствительным до 1,1 мкм, разработаны микроканальные и волоконно-оптические пластины, обеспечивающие получение разрешающей способности до 54 штр/мм. Чувствительными элементами ПНВ 4-ого поколения могут являться и твердотельные преобразователи изображения (ТПИ). Они должны по параметрам соответствовать ЭОП. На основе новых типов чувствительных элементов представляется возможность создания поколения приборов ночного видения (ПНВ), обеспечивающих повышение основных технических параметров в 1,5-2 раза. Такие ПНВ обеспечивают более высокую помехозащищенность. Приборы ночного видения на ТПИ в принципе обладают практически идеальной помехозащищенностью из-за резко нелинейной характеристики "свет-свет".

За рубежом, в США, интенсивно ведутся работы по созданию приборов ночного видения (ПНВ) на основе ЭОП 4-го поколения.

Тепловизоры

Краткие характеристики тепловизоров

Более эффективным средством, обеспечивающим видимость в темное время, является тепловидение.

Тепловизоры (ТПЗ) работают по температурному контрасту, и поэтому лишены многих недостатков приборов ночного видения. Их дальность действия не зависит от освещенности. Более слабо зависит дальность действия тепловизора от состояния атмосферы в связи с работой в более длинноволновой области спектра. Они обладают большей помехозащищенностью, но в неблагоприятных погодных условиях тепловизоры также не обеспечивают требуемой дальности действия, как и приборы ночного видения. К неблагоприятным условиям относятся случаи, когда объекты наблюдения сильно покрыты влагой и грязью, при наличии тумана, плотной дымки, пыли и дыма. Тепловизоры (ТПЗ) обладают меньшей разрешающей способностью, более сложны конструктивно, более дороги, чем приборы ночного видения аналогичного назначения. Тепловизоры имеют вероятности обеспечения дальности действия 90-92%. Вероятность обеспечения дальности действия определяется вероятностью обеспеченности температурного контраста.

Классификация тепловизоров

Развитие тепловидения связано с четко выделенным делением на четыре поколения:

1-е поколение: тепловизоры (ТПЗ) на одиночных линейках фотоприемников на основе КРТ с двумерной разверткой;

2-е поколение: тепловизоры (ТПЗ) на субматрицах на оснвое КРТ с суммированием сигналов не менее чем по 2 элементам и одномерной разверткой;

3-е поколение: тепловизоры (ТПЗ) на матрицах CdHgTe с размером чувствительных элементов 20мкм. Чрезвычайно высокая чувствительность таких фотоприемников позволяет получить температурную чувстительность тепловизора Т < 0,07 °С;

4-е поколение: тепловизоры (ТПЗ) на тепловых неохлаждаемых матрицах на основе микроболометров из кремния, а также на основе пироэлектрических матриц и других материалов (типа VO). В тепловизорах 4-го поколения отсутствуют сканер и система глубокого охлаждения.


Концепция развития тепловизоров

Благодаря усилиям ГИПО разработана концепция построения тепловизоров (ТПЗ) на линейках с малым числом элементов (от 10 до 32). Но при всей заманчивости концепции построения тепловизоров на малоэлементных фотоприемниках они уступают зарубежным на 60-элементных фотоприемниках.

В рамках Федеральной программы развития средств ночного видения усилиями ряда предприятий МО и промышленности была разработана концепция модульного принципа конструирования тепловизоров. Большинство модулей в виде отдельных образцов изготовлены для четырех классов тепловизоров. Образцы тепловизоров (ТПЗ) на основе модулей не изготовлены, не проведены их испытания.

За рубежом, в армии США, стран НАТО, полностью обеспечено решение всех задач ночного видения с помощью тепловизоров (ТПЗ) 1-го поколения.

Абсолютно во всех приборах принят принцип модульного конструирования. По насыщенности тепловизорами армии США и стран НАТО существенно опережают Российскую Армию.


Некоторые разработки тепловизоров

У нас в стране в серийном производстве освоены тепловизоры нулевого поколения ("Пособие-1") и первого поколения ("Пособие-2", "Агава-2"). "Пособие-1" - тепловизионный прибор разведки на 50-элементном фотоприемнике из JnSb для разведывательного пункта. Дальнейшее развитие прибора разведки "Пособие-1" - тепловизор "Поколение-2"на основе фотоприемного устройства "Невесомость-64" представляющего 64- элементную линейку из КРТ. Выпускается серийно тепловизионный прицел "Агава-2" на базе фотоприемного устройства "Арча" на 128-элементного фоторезистора из КРТ.

На основе субматрицы из четырех столбцов по 128 элементов с шахматным расположением площадок, на основе матрицы и матрицы из КРТ (128х128 элементов) в НПО "Орион" разработаны тепловизоры с достаточно хорошей системой обработки сигналов.

За рубежом в виде образцов существуют тепловизоры (ТПЗ) всех поколений. В частности, бинокль Sophie французской фирмы CSF на основе субматрицы 4х288 элементов 0,03х0,03 мм массой 2 кг. Дальность опознавания человека 1200-1300 м. На базе этого типа фотоприемника разработан тепловизор (ТПЗ) для вождения различных военных машин и некоторые другие тепловизоры.

Фирмы Texas Instrumemts, Hughes (США) разработали гамму тепловизоров (ТПЗ) на основе микроболометрических и пироэлектрических матриц. В частности, прицел для стрелкового оружия массой 1,77 кг и дальностью действия 800 м, и некоторые другие тепловизоры.


Преимущества комбинированных и комплексных тепловизоров

Фирма "Инфраметрик" (США) на основе матриц из InSb с микрохолодильником разработала гамму тепловизоров (ТПЗ) для решения военных задач. Но в то же время тепловизоры обладают рядом недостатков, которые можно восполнить другими средствами видения в темное время суток. Поэтому наиболее эффективными являются комбинированные и комплексные приборы. Наиболее полное решение проблемы видения реализуется при включении в состав комплексного прибора радиолокационного канала. При этом полностью решаются проблемы всепогодности, круглосуточности, помехозащищенности видимости через дымы и в условиях пыли.

Для разведывательных целей осуществляется совмещение тепловизионного, низкоуровневого телевизионного и радиолокационного каналов. В частности, такая система с выносной мачтой разработана в Великобритании и представляет сочетание низкоуровневого телевизора , тепловизора (ТПЗ) и радиолокатора. В переносном комплексном приборе разведки предусмотрен радиолокатор и тепловизор (Raptor), что обеспечивает дальность опознавания до 6,5 км.


В России особенно быстрыми темпами велись работы по созданию приборов ночного видения и тепловизоров (ТПЗ) гражданского применения, которые интенсивно покупаются за рубежом. Количество разработок приборов ночного видения (ПНВ) и тепловизоров (ТПЗ) традиционными разработчиками и вновь возникшими на базе традиционных предприятий уже перевалило за сотню.


(с) www.binbow.ru

Военная оптика, прицелы, ПНВ, тепловизоры Российской армии на rusarmy.com