Результат интеллектуальной деятельности: Оптико-электронный комплекс для оптического обнаружения, сопровождения и распознавания наземных и воздушных объектов

Изобретение относится к оптико-пеленгационным системам, обеспечивающим обнаружение, сопровождение и распознавание наземных, наводных и воздушных объектов.

Изобретение может найти применение в составе комплексов оптико-электронного и навигационного оборудования кораблей, наземных наблюдательных и стрельбовых комплексах.

Известен оптико-электронный информационный комплекс [патент РФ №2406056 от 10.12.2010 г.], состоящий из дневной телевизионной камеры на основе кремниевой ПЗС матрицы, тепловизора с матрицей на основе сурьмянистого индия и дальномера на неодимовом лазере. Эти оптико-электронные блоки, находящиеся в герметическом отсеке с оптическими окнами, установлены на гиростабилизированном двухосном карданном подвесе с горизонтальным и вертикальными приводами. К достоинствам выбранного в качестве аналога устройства относится стабилизация визирных осей теле-тепловизионных каналов, что позволяет надежно сопровождать малоразмерные объекты в условиях качки, транспортной тряски и т.п. К недостаткам можно отнести невозможность обзора пространства при одновременном автосопровождении объекта, возможность автосопровождения двух и более объектов по трем координатам при переходе от обнаружения к автосопровождению.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является оптико-электронный комплекс для оптического обнаружения, сопровождения и распознавания наземных и воздушных объектов [Патент РФ №2701177, опубликованный 25.09.2019].

Оптико-электронный комплекс (ОЭК) включает обзорный тепловизор для пассивного обнаружения наземных и воздушных объектов (НВО) и телевизионно-оптическую систему для автозахвата на сопровождение и идентификации целей. Обзорный тепловизор, содержащий тепловизионную головку с индивидуальным силовым приводом и индивидуальным нестабилизированным поворотным устройством, выполненную с возможностью кругового обзора воздушного и наземного пространства в азимутальной плоскости и секторного обзора в диапазоне углов места от минус 20° до +70°с возможностью установки на выносной или выдвижной мачте и соединенную по целеуказанию с телевизионно-оптической системой первой электронно-вычислительной машиной (ЭВМ). Телевизионно-оптическая система установлена на опорно-поворотном устройстве и содержит блок оптических приемников и лазерный дальномер. Для оперативного и одновременного сопровождения и распознавания НВО в дальней, средней и ближней зоне их обнаружения оптические приемники оснащены объективами с соответствующими различными фокусными расстояниями и соединены через первую ЭВМ управления обзором и обработкой тепловизионных сигналов с второй ЭВМ сопровождения и управления, вторые входы которой через многоканальный блок модулей автозахвата и идентификации телевизионных видеоизображений соединены с выходами телевизионной оптической системы.

К достоинствам выбранного в качестве прототипа устройства относится возможность одновременно и независимо друг от друга сканировать зону ответственности ОЭК, автоматически сопровождать и идентифицировать типы НВО.

К недостаткам можно отнести снижение точности определения координат обнаруживаемых объектов при установке устройства на подвижные объекты (корабли, автомобили и т.д.), дальности обнаружения малоразмерных целей из-за отсутствия стабилизации осей визирования обзорного тепловизора и блока оптических приемников и лазерного дальномера.

Достигаемым техническим результатом изобретения является повышение точности определения координат и автосопровождения цели в условиях тряски и качки, увеличение дальности действия лазерного дальномера и безопасности его излучения, обнаружения и автосопровождения наблюдаемых объектов на фоне помех.

Технический результат достигается тем, что обзорный тепловизор (ОТ) с дополнительно введенным телевизионным каналом видимого диапазона с одинаковым полем зрения выполнен в виде гиростабилизированного двухосного обзорного прибора обнаружения (ГСПО) с возможностью видеорегистрации, телевизионная оптическая система с блоком оптических приемников выполнена в виде гиростабилизированного двухосного прибора сопровождения (ГСПС) видимого, короткого ИК (SWIR) и дальнего ИК (LWIR) диапазона с одинаковыми полями зрения, а лазерный дальномер выполнен двухволновым, в том числе на безопасной для глаз человека длине волны излучения.

Изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображена блок-схема оптико-электронного комплекса (Фиг. 1), внешний вид приборов ГСПО и ГСПС (Фиг. 2), и функциональная схема ОЭК (Фиг. 3).

Оптико-электронный комплекс (Фиг. 1) состоит из двух основных частей:

- оптико-электронного модуля (ОЭМ) в составе:

- гиростабилизированного прибора обнаружения ГСПО;

- гиростабилизированного прибора сопровождения ГСПС;

- автоматизированного рабочего места оператора (АРМ) в составе:

- электронно-вычислительной машины для ГСПО;

- электронно-вычислительной машины для ГСПС;

- двух мониторов;

- пульта управления;

- видеорегистратора.

Внешний вид приборов ГСПО и ГСПС представлен на Фиг. 2.

Конструктивно приборы выполнены в виде усеченных шаров с плоской лицевой панелью, на которой вклеены защитные окна тепловизионных каналов дальнего ИК диапазона (поз. 1 и поз. 5), телевизионных каналов видимого диапазона (поз. 2 и поз. 3), телевизионного канала короткого ИК диапазона (поз. 3), и защитные окна лазерных излучателей, излучающих на безопасной для глаз длине волны λ=1,54 мкм и основной длине λ=1,064 мкм, входящих в состав дальномера поз. 6.

Прибор ГСПО имеет в своем составе телевизионный блок видимого диапазона (ТВ) с возможностью дискретного переключения поля зрения от 8° до 2,0°, двухпольный тепловизионный канал (ТПВ) дальнего ИК (LWIR) диапазона (λ=8…12 мкм) с охлаждаемыми МФПУ с полями зрения от 8° до 2°.

Прибор ГСПС работает в трех спектральных диапазонах и предназначен для обеспечения сопровождения целей, обнаруженных прибором ГСПО или внешними системами целеуказания (радиолокатор), имеет в своем составе узкопольный телевизионный блок видимого диапазона (ТВ) с полем зрения в пределах 1,5°…2,0°, узкопольный тепловизионный канал (ТПВ) дальнего ИК (LWIR) диапазона (λ=8…12 мкм) с охлаждаемыми МФПУ с полем зрения 1,5°…2°, телевизионный канал короткого ИК диапазона (SWIR, λ=0,9…1,7 мкм) с полем зрения 1,5°…2,0°, лазерный дальномер с возможностью работы на длинах волн излучения λ=1,54 мкм и основной длине λ=1,064 мкм.

Для обеспечения вращения по курсовому углу и углу места и стабилизации линии визирования приборов ГСПС и ГСПО применены двухосные карданные подвесы, установленные на турелях поз. 7 и поз. 8 соответственно.

Привода приборов ГСПО и ГСПС обеспечивают разворот подвижных частей в диапазоне углов прокачки по курсовому углу и углу места, обеспечивая обзор заданного сектора поиска в пределах углов прокачки электроприводов по углу места от минус 20° до плюс 85°, по азимуту от минус 160° до плюс 160°.

На неподвижной платформе поз. 9 закреплены приборы ГСПО и ГСПС и два блока электронных (БЭ) поз. 10 и поз. 11.

Работа в режиме «Обнаружение»

Привода М₃ и М₄ подвеса прибора ГСПО начинают сканировать область пространства по азимуту и углу места, используя двухпольный тепловизионный блок LWIR2 со средним полем зрения в диапазоне 3°×2° или широким полем зрения в диапазоне 8°×6° или телевизионный блок видимого диапазона с такими же полями зрения в зависимости от времени суток или погодных условий. При обнаружении цели для более точного определения ее координат по команде оператора плата коммутации ПКВ₂ осуществляет переключение полей зрения тепловизионного блока LWIR2. При сканировании пространства широким телевизионным блоком ТВ₂ видимого диапазона переход на среднее поле зрения 3°×2° происходит путем перефокусировки вариообъектива платой управления приводами объективов (ПУПО₂).

При попадании цели в прицельный кадр определяются ее координаты модулем цифровой обработки МЦО₂ по углу места и азимуту. При механических воздействиях (крен, тряска, вибрация и т.д.) на оптико-электронный комплекс для исключения нестабильности линий визирования (прицеливания) теле-тепловизионных блоков прибора ГСПО осуществляется их стабилизация с помощью 3х-осного гироскопа, платы УССП_ГСПО, приводов М₃, М₄ и датчиков угла ДУ₃, ДУ₄. Координаты цели с модуля цифровой обработки МЦО₂ передаются на контроллер ОЭМгспо, а с него на контроллер ОЭМгспс, и далее по шине внутреннего обмена на плату усилителя системы стабилизации (УССП_ГСПС) и потом - на привода М₃ и М₄. Привода М₃ и М₄ начинают наводить подвес прибора ГСПС по азимуту и углу места в точку пространства по координатам с модуля цифровой обработки МЦО₂ ГСПО.

Работа в режиме «Сопровождение»:

Координаты воздушной цели, определенные прибором ГСПО или другой системой дальнего обнаружения (радиолокатор) передаются на контроллер ОЭМгспс, находящийся в блоке электроники БЭ1 прибора ГСПС, а с него по шине внутреннего обмена на плату усилителя системы стабилизации (УССП_ГСПС) и далее на приводы M₁ и М₂ турели. Привода М₁ и М₂ начинают наводить подвес турели поз. 7 по азимуту и углу места в точку пространства по координатам целеуказания. На мониторе оператор наблюдает цель в зависимости от времени суток или погодных условий с помощью тепловизионного прибора для каждого из каналов (ночь, туман), или телевизионных камер видимого диапазона ТВ₁, или SWIR диапазона (Δλ=0,9…1,7 мкм). Выбор видеосигнала из ТВ-ТПВ каналов осуществляется платой коммутации ПКВ₁ с помощью оператора. При попадании цели в прицельный кадр она берется на автосопровождение модулем цифровой обработки МЦО₁ по углу места и азимуту. Для определения дальности до цели включается импульсно-периодический излучатель лазерного дальномера поз. 6 с основной длиной волны λ₁=1,064 мкм с улучшенной в несколько раз расходимостью излучения и энергией излучения по сравнению с длиной волны λ₂=1,54 мкм. При наличии фоновых и иных помех, мешающих наблюдению цели телевизионными каналами, лазерные излучатели переходят в режим активно-импульсной подсветки объекта наблюдения или сопровождения.

Для точного удержания цели в центре прицельного кадра автомата автосопровождения в условиях внешних вибраций и трясок осуществляется стабилизация линии визирования (прицеливания) с помощью 3х-осного гироскопа, платы УССП_ГСПС, приводов М₁, М₂ и датчиков угла ДУ₁, ДУ₂.

Таким образом, из выше изложенного, подтверждается:

- повышение точности определения координат и надежного автосопровождения цели в условиях тряски и качки;

- увеличение дальности действия лазерного дальномера и безопасности его излучения;

- обнаружение и автосопровождение наблюдаемых телевизионными каналами объектов в условиях помех с использованием их активно-импульсной подсветки.

Пример практичного применения

Промышленная применимость изобретения определяется тем, что предлагаемый оптико-электронный комплекс для оптического обнаружения, сопровождения и распознавания наземных и воздушных объектов может быть изготовлен в соответствии с предлагаемым описанием и чертежами на основе известных комплектующих.

Основными компонентами блока стабилизации и слежения могут быть моментные двигатели типа ДБ-001М разработки OA «НПО Карат», гироскопы ВГ071-3Д ОАО «Физоптика», датчики угла типа INC-3-125-161001-SPI1-RFC6-5-AN фирмы Zettlex, а также электронная схема управления двигателями, реализованная на отечественной элементной базе. Фотоприемное устройство телевизионного канала видимого диапазона может быть реализовано на базе современной мегапиксельной чувствительной КМОП матрицы, например, НПК «Фотоника». Телевизионный канал ближнего ИК диапазона (0,9…1,7 мкм) может быть реализован на многоканальном фотоприемном устройстве форматом 640×512 элементов, изготавливаемом на НПО «Орион». Тепловизионный канал дальнего ИК диапазона (8…12 мкм) может быть реализован на базе охлаждаемой тепловизионной камеры типа «Ястреб ДВ» (ЦНИИ «Циклон) или унифицированного охлаждаемого фотоприемного устройства МФПУ на основе матрицы форматом 640×512 элементов АО ОКБ «Астрон» и 2-хпольного объектива ИФП СО РАН. Фотоприемное устройство дальномерного канала может быть реализовано на базе ФУО-157 ФГУП НПО «Орион» или ФПУ-23 АО «НИИ «Полюс», лазерные излучатели разработки АО «НПО «Карат».