И ночь не помеха! Тенденции развития систем ночного видения
Устанавливаемые на машины системы ночного видения выпускаются уже немало лет и в настоящее время стали обычным явлением, но впереди на этом рынке нас ждут значительные изменения.
Например, растет спрос на ночные камеры с более высоким разрешением. Представитель французской компании Sofradir, занимающейся производством приёмников инфракрасного излучения, сказал, что это может быть достигнуто за счет увеличения количества пикселей и уменьшения шага между ними при сохранении размеров матрицы с тем, чтобы обеспечить низкие массогабаритные и энергопотребительские характеристики устройства.
— пояснил он.
Чтобы эти камеры показывали наилучшие возможности, они должны быть надлежащим образом стабилизированы, поскольку бронированные машины работают на пересеченной местности с очень сложным рельефом. По словам представителя компании Controp Precision Technologies, если система стабилизирована недостаточно хорошо, «тогда изображение будет неприемлемого качества и дальность действия прибора резко уменьшится».
Представитель Sofradir сообщил:
Подсвечивая проблемы
Традиционно системы ночного видения использовались для двух основных целей. Во-первых, устройства ночного видения водителя, позволяющие повысить уровень владения обстановкой вокруг машины для безопасного и безаварийного маневрирования. Во-вторых, существуют прицельные системы, используемые стрелками для идентификации и наведения на потенциальные цели.
Инфракрасные системы для водителей и повышения уровня владения обстановкой — это, как правило, неохлаждаемые тепловизионные камеры, имеющие более широкое поле зрения на ближней дистанции, чтобы иметь как можно больший обзор, тогда как прицелы для стрелков, особенно для крупнокалиберного вооружения, например, 120-мм пушек танков, оснащаются охлаждаемыми тепловизионными камерами дальнего действия. Вторые имеют более узкое поле зрения для фокусировки на конкретной цели.
Тепловизионные камеры являются самыми распространенными в современных армиях, так как они более продвинуты по сравнению с камерами с усилением яркости изображения (электронно-оптическим преобразователем), которые работают с шагом менее 1 микрона, а для работы им необходимо активное излучение света в ближней ИК-области спектра с тем, чтобы видеть в темноте. При этом невидимый невооруженным глазом свет от инфракрасной подсветки может быть обнаружен приборами противника, что может повлечь за собой серьезные последствия.
По словам Колина Хорнера из компании Leonardo, камеры с ЭОП всегда являются проблемой при действиях в населенных пунктах, которые как правило освещены.
— пояснил Хорнер.
Он добавил, что имеются и другие проблемы с ЭОП-камерами в машинах, оборудованных пуленепробиваемыми стеклами, поскольку они негативно влияют на восприятие водителем дистанции. Вот почему современные армии предпочитают использовать пассивные ИК-системы.
Кроме того, существует тенденция по повышению возможностей ночного видения у машин других категорий, для чего на них необходимо устанавливать такие же системы, какие стоят на боевых платформах. «Это все действительно повысит уровень владения обстановкой и безопасность».
Еще одна тенденция состоит в том, чтобы устанавливать на машины большее число камер для получения полного кругового обзора. Раньше военные были озабочены лишь тем, чтобы обеспечить водителю ночные приборы только для вождения. С большим числом камер, обеспечивающих обзорность 360°, угрозы могут быть замечены с любого направления и, что более важно для безопасности, появляется обзор по сторонам и назад, в связи с чем безопасность проведения операции в городских пунктах повышается.
Компания Leonardo предлагает камеру DNVS 4, позволяющую получить круговой обзор на дистанциях 20-30 метров. Хорнер сказал, что эта система также оборудована дневной цветной телекамерой, чтобы объединить две технологии в одном решении и таким образом уменьшить массу, размер и энергопотребление. Он добавил, что происходит также переход от аналоговых устройств в направлении цифровой открытой архитектуры. «Это означает, что мы оцифровываем сигнал с камеры и выводим его на экран в цифровом формате, при этом значительно повышается четкость изображения и исключаются любые помехи, создаваемые самой машиной».
Картинка в цифрах
Разработки в цифровых технологиях позволяют операторам использовать многофункциональные экраны с картами, статусом вооружения и информацией об обслуживании машины, а также рассматривать несколько изображений одновременно, например, обзор вперед, по сторонам и назад. Это дает гораздо больше возможностей по сравнению с использованием камеры с усилением яркости или аналоговой системой, которая позволяет просматривать изображение только с одной камеры и только на одном дисплее.
Большая часть камер наблюдения относится к неохлаждаемому типу и подобно человеческому глазу имеет широкое поле зрения порядка 50°, а некоторые приближаются к 90°. Йорген Лундберг из компании FLIR Systems сказал, что поэтому должны устанавливаться и другие камеры в различных конфигурациях, чтобы получить полное покрытие 360°. Некоторыми схемами предусматривается размещение нескольких камер с полем зрения 55°, тогда как другими схемами предусматривается установка четырех камер по 90° или даже всего двух камер по 180° для создания панорамы. Прежде всего, это необходимо для того, чтобы машина могла свободно маневрировать без включенных фар во время ночных тренировок и боевых операций, поскольку водитель при этом полностью владеет окружающей обстановкой.
Например, представление доступной сенсорной информации большого объема является сложной задачей. Для того чтобы не смешивать всё в одну кучу, члены экипажа, например, водитель, командир и стрелок, должны иметь доступ к экранам, на которые выводится предназначенная для каждого из них специфическая информация с тем, чтобы не мешать другим пользователям. Десант может также иметь экран в задней части машины, на который перед его спешиванием выводится информация об окружающей обстановке. Командир может иметь экран как и у других членов экипажа, но с большей функциональностью, например, с возможностью вывода решений по боевому управлению и информации по вооружению.
В бронемашины уже устанавливается множество самых разных сенсоров и системы ночного видения должны найти себе место в этом ограниченном пространстве. Немного объема доступно в машине для установки большего количество дисплеев и поэтому распределение информации от сенсоров и камер по всей машине является сложной задачей.
Системы ночного видения для основных орудий ББМ располагаются рядом или интегрируются в прицел оператора-наводчика, который, как правило, устанавливается в машине рядом с орудием. Вооружение может быть крупнокалиберной 120-мм танковой пушкой, пушками среднего калибра (20 мм 30 мм или 40 мм) или даже пулеметами калибров 7,62 мм или 12,7 мм в дистанционно управляемом модуле вооружения (ДУМВ). Орудийные прицельные комплексы включают в основном тепловизионные охлаждаемые системы и поэтому способны работать на дальностях свыше 10 км.
Лундберг сообщил, что дневной и ночной прицел стрелка совмещены с осью пушки, то есть он будет смотреть туда, куда направлена пушка и не видеть в других направлениях.
Оставаться холодным?
В неохлаждаемых инфракрасных камерах используется технология микроболометра, представляющего собой, по сути, небольшой резистор с силиконовым элементом, который реагирует на тепловое излучение. Изменения в температуре определяются интенсивностью излучения фотонов. Микроболометр определят это и конвертирует измерения в электрический сигнал, который в свою очередь может быть преобразован в изображение.
Неохлаждаемые сенсоры, как правило, работают в диапазоне LW1R (7-14 мкм), то есть могут «видеть» сквозь дым, туман и пыль, что важно на поле боя и в других ситуациях.
В охлаждаемых устройствах используется криогенная система охлаждения для поддержания температуры детектора -200°С, что делает его более чувствительным даже к незначительным изменениям температуры. Детекторы подобных устройств могут точно трансформировать в электрический сигнал даже попадание одного фотона, в то время как неохлаждаемым системам необходимо большее количество фотонов для проведения измерений. Таким образом, охлаждаемые сенсоры имеют большую дальность действия, что позволяет улучшить процесс захвата и нейтрализации целей.
Но охлаждаемые системы имеют и свои недостатки, конструктивная сложность влечет за собой высокую стоимость и необходимость в регулярном и технически сложном обслуживании. Неохлаждаемые сенсоры дешевле, обслуживание их существенно проще, а срок службы больше, поскольку они не используют криогенную технологию, имеют меньше движущихся частей и не нуждаются в сложной вакуумной герметизации. Какой тип системы выбрать, как всегда, решает пользователь, исходя из решаемых им задач.
Выбор волны
Охлаждаемые прицелы для операторов-наводчиков используют детекторы, работающие в ближней [длинноволновой] ИК-области спектра (LW1R). Поскольку это позволяет системам ночного видения видеть сквозь дым и, следовательно, испытывать меньше проблем, связанных с боевой обстановкой. В неохлаждаемых системах также используются такие детекторы, поскольку микроболометры (термочувствительные элементы) чувствительны в этой длине волны, но в настоящее время положение дел стало меняться. «Исторически всегда предпочитали использовать LWIR из-за лучшей проницаемости сквозь дым, чем у детекторов типа MWIR, работающих в средней [средневолновой] ИК-области спектра», — отметил Хорнер.
Хорнер добавил:
Впрочем, представитель французской компании Sofradir подчеркнул, что дальняя [коротковолновая] ИК-область спектра (SWIR) также имеет свое применение.
Представитель компании BAE Systems сообщил:
Потребности в большем
Участившаяся установка ДУМВ на бронемашины оказывает свое влияние на рынок ночных камер. Прицелы основной пушки интегрированы в платформу и в связи с этим ни орудие, ни прицелы не могут слишком часто меняться. Добавление новых ДУМВ по модульному принципу позволяет чаще менять прицелы.
В прошедшие пять-десять лет стандартным вооружением, устанавливаемым на ДУМВ, были в большинстве случаев либо 7,62-мм пулемет, либо 12,7 мм пулемет, поэтому прицелы были, как правило, неохлаждаемыми с тем, чтобы соответствовать небольшой дальности действия этого вооружения (1-1,5 км), а это в свою очередь определяло их несколько более широкое поле зрения, чем у прицелов крупнокалиберных орудий.
Впрочем, Лундберг заметил, что ситуация меняется:
Ну и наконец, командиры хотят еще лучше владеть обстановкой, видеть дальше, чем стреляет пушка, и поэтому возникла потребность установки на ДУМВ ночных прицелов с большей дальностью.
Развитие систем ночного видения определяется не только увеличенной дальностью, но и необходимостью в упрощении операций. Устаревшая тепловизионная камера или менее продвинутая ИК-камера требует больших усилий при работе, поскольку приходится много раз нажимать кнопки и крутить ручки, чтобы получить приличное изображение, тогда как новая продвинутая камера может мгновенно предоставить картинку более высокого качества для прицельной системы при минимальном вмешательстве пользователя. Представитель компании Controp отметил: «Когда большая часть элементов автоматизирована, оператор может сосредоточиться на самой задаче, а не отвлекаться на работу с прицельным комплексом».
Преимущество на поле боя, получаемое за счет использования систем ночного видения, становится всё более очевидным. Достигается это за счет использования технологических преимуществ, которые дает улучшенная камера с высоким разрешением, использования систем правильного типа для специфических задач и интегрирования большего числа камер наблюдения в цифровую архитектуру, которая может поддерживать больше сенсоров и направлять каждому члену экипажа необходимые ему данные. По отдельности все эти улучшения не несут радикальных изменений, но все вместе они могут обеспечить преимущество в бою.
Хорнер заявил, что цифровая архитектура является долгосрочным решением.
Лундберг добавил:
Информация