Анализ средств наблюдений в ИК диапазоне

1. Высокая яркость и направленность излучения,
2. Монохроматичность излучения, позволяющая использовать в приемной части прибора узкополосные фильтры, отсекающие излучение световых помех,
3. Малая длительность импульсов излучения, позволяющая получить сравнительно малую глубину просматриваемого пространства. Это позволяет резко повысить контраст изображения в сильно рассеивающих средах.

Т.к. объект наблюдения воспринимается в пределах очень  узкой глубины просматриваемого пространства, то фон за объектом отсекается. Это позволяет наблюдать малоконтрастные  объекты, которые не видны ни ночью в пассивные или активные оптико – электронные приборы, ни даже днем в обычные оптические наблюдательные приборы. Например, в АИ прибор отчетливо видны сооружения из снега или фигуры людей в белых халатах на фоне снежной целины. Поскольку изображение объекта наблюдения появляется только при определенной величине задержки, соответствующей дальности до объекта, то по величине задержки можно измерять дальность до объекта. При этом исключена возможность выдачи ложного значения дальности. За счет работы в импульсном режиме любая длительная световая помеха ослабляется в число крат, равное скважности работы прибора. Дополнительная помехозащищенность достигается применением полосового фильтра с полосой пропускания, соответствующей рабочей области спектра лазерного осветителя. АИ прибор может работать в пассивном, активном и активно – импульсном режимах (в зависимости от условий). Недостатком АИ прибора является ограниченность глубины просматриваемого пространства, определяемой длительностью строба,  а также тем, что поле зрения в АИ режиме равно только углу подсвета лазерного осветителя. Из энергетических соображений этот угол не может быть большим и обычно не превышает 1 – 3 град. Таким образом, для обнаружения наблюдаемого объекта приходится вести поиск как по полю, так и по глубине, что приводит к совершенно неприемлемым затратам по времени. Поэтому поиск обычно ведут в более широкопольном пассивном режиме. Далее распознают и измеряют дальность в АИ режиме. Если это невозможно из-за низкой освещенности, то поиск ведут в активно – непрерывном режиме. Возможно также применение «гибридного» режима, в котором одновременно сочетаются пассивный, активно – непрерывный и АИ режимы. Гибридный режим оптимален при использовании АИ прибора для вождения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сравнительный анализ возможностей приборов различного типа

1. Дальность действия

Для возможности  сравнения возьмем один и тот  же объект наблюдения – автомашину.

С точки зрения обеспечения высокой дальности  действия наиболее низкие показатели имеют пассивные и пассивно – активные приборы на основе ЭОП. Даже приборы третьего поколения не позволяют достигнуть дальности распознавания автомашины больше 2000 м. К тому же такие дальности могут быть реализованы только при условии высоких природных световых контрастов, нормальной прозрачности атмосферы, а для пассивных приборов – при уровне естественной ночной освещенности не ниже нормируемого значения. Наличие световых и пыледымовых помех приводит к практически полной потере видимости. Таким образом, применение этих приборов резко ограничено по совокупности внешних условий. Вместе с тем их геометрическая разрешающая способность весьма высока и практически соответствует предельным возможностям человеческого зрения.

Низкоуровневые  телевизионные приборы из-за наличия дополнительного телевизионного канала имеют в 1.3 – 1.5 раза меньшую разрешающую способность и соответственно не имеют никаких преимуществ перед указанными выше приборами по дальности действия. Недостаток в разрешающей способности не может компенсировать ни практически неограниченная яркость изображения, ни возможность регулировки контраста. Однако преимуществом низкоуровневого ТВ прибора является более широкий динамический диапазон, позволяющий работать почти круглосуточно. В известной степени возможны локализация и нелинейное ослабление световых помех, но радикального подавления таких интенсивных световых помех, как прожектора и фары, не происходит. Как и приборы с ЭОП, низкоуровневые ТВ приборы неработоспособны при пониженной прозрачности атмосферы и в условиях воздействия пыледымовых помех. Дальность действия НТВ приборов сильно зависит от природных световых контрастов.

Тепловизионные  приборы обладают дальностью действия до 3000 м, то есть существенно более  высокой, чем у перечисленных  приборов. Эта дальность не зависит от уровня естественной ночной освещенности, поэтому ТПВ приборы могут работать практически круглосуточно. ТПВ приборы обеспечивают видимость при пониженной прозрачности атмосферы, а также в условиях пыледымовых помех (но при условии, что размер рассеивающих частиц влаги, пыли или дыма не соизмерим с рабочей длиной волны ТПВ прибора). Вместе с тем дальность действия ТПВ приборов сильно зависит от уровня температурных контрастов и от распределения температуры по поверхности наблюдаемого объекта. Холодные объекты распознаются плохо. Данный недостаток сочетается с еще более низкой, чем у указанных выше приборов, разрешающей способностью. Из-за этого многие мелкие детали различаются плохо. Дальнейшее увеличение разрешающей способности вызывает необходимость не только увеличения фокусного расстояния объектива, как у перечисленных выше приборов, но и уменьшения размеров чувствительных элементов фотоприемных устройств.

Активно –  импульсные приборы обладают рекордной  дальностью действия – не менее 6000 м, причем эта дальность ограничивается только мощностью излучения подсвета – по разрешающей способности существует значительный резерв, в особенности по сравнению с ТПВ приборами. Дальность действия обеспечивается и при пониженном уровне естественной освещенности, а также при пониженной прозрачности атмосферы. Интересно отметить, что АИ приборы наиболее эффективно работают в тех дымках, туманах и пр., где наименее эффективны ТПВ приборы. АИ приборы работают в условиях световых помех, причем для них не играет роли совпадение максимума излучения помехи с рабочей областью спектра прибора, так как помеха подавляется главным образом не за счет спектральной, а за счет временной селекции. АИ приборы обеспечивают дальность, мало зависящую от природных и не зависящую от температурных контрастов. АИ приборы работают хуже в сильно рассеивающих пылевых и дымовых облаках, чем ТПВ приборы, что определяется ближневолновой областью работы АИ приборов. АИ приборы отсекают изображение фона, что приводит к дезориентации оператора – требуется гибридный режим работы для преодоления этого недостатка.

 

 

 

 

 

2. Поисковые возможности

Приборы на основе ЭОП, низкоуровневые ТВ, а также ТПВ  приборы обладают близкими поисковыми возможностями. Их поля зрения соизмеримы, изображения по полю подвержены искажениям, которые ставят все эти приборы примерно одинаковые условия.

Поисковые возможности  приборов на базе ЭОП ограничиваются явлением рассеивания в атмосфере, причем главным образом в обратном направлении, создавая световую помеху, которая накладывается на изображение наблюдаемого объекта и снижает контраст. Это обстоятельство ограничивает действия прибора даже при нормальной прозрачности атмосферы, а при пониженной (дымка, туман, дождь, снегопад и пр.) прибор становится просто неработоспособным. Излучение ИК-подсвета демаскирует прибор, т.к. он может быть обнаружен в этом случае любым индикатором ИК-излучения, так и непосредственно невооруженным глазом, который при низких уровнях освещенности может воспринимать ИК-излучение ближнего диапазона вплоть до 1,2 мкм. Этот же недостаток есть и АИ приборов. Динамический диапазон для ЭОП первого поколения 10^(-4) – 10^(-2) лк, второго поколения – 6*10^(-5) – 10^(-3) лк, третьего – 1.5*10^(-5) – 3*10^(-3) лк.

Тепловизионные  приборы позволяют вести поиск при пониженной прозрачности атмосферы, а также в условиях пыледымовых помех (но при условии, что размер рассеивающих частиц влаги, пыли или дыма не соизмерим с рабочей длиной волны ТПВ прибора). Вместе с тем поисковые возможности приборов сильно зависят от уровня температурных контрастов и от распределения температуры по поверхности наблюдаемого объекта. Холодные объекты распознаются плохо. Данный недостаток сочетается с еще низкой разрешающей способностью. Из-за этого многие мелкие детали различаются плохо.

Поисковые возможности АИ приборов существенно хуже. Недостатком АИ прибора является ограниченность глубины просматриваемого пространства, определяемой длительностью строба,  а также тем, что поле зрения в АИ режиме равно только углу подсвета лазерного осветителя. Из энергетических соображений этот угол не может быть большим и обычно не превышает 1 – 3 град. Это делает АИ режим практически неприемлемым для ведения поиска. Таким образом, для обнаружения наблюдаемого объекта приходится вести поиск как по полю, так и по глубине, что приводит к совершенно неприемлемым затратам по времени. Поэтому поиск обычно ведут в более широкопольном пассивном режиме. Далее распознают и измеряют дальность в АИ режиме. Если такой порядок невозможен из-за низкой освещенности, то поиск ведут в активно – непрерывном режиме. Возможно также применение «гибридного» режима, в котором одновременно сочетаются пассивный, активно – непрерывный и АИ режимы. Гибридный режим оптимален при использовании АИ прибора для вождения.

Кроме того, в активно-импульсном режиме (а часто и у тепловизионных приборов) отсутствует видимость линии горизонта, что препятствует правильной ориентации оператора.

 

3. Помехозащищенность

Пассивно  – активные и пассивные приборы  на основе ЭОП не способны работать в условиях интенсивных световых помех. Приборы 2 и 3 поколений частично допускают локализацию излучения световой помехи за счет насыщения МКП ЭОП, но интенсивные световые помехи приводят к полной потере видимости. Единственный способ защиты прибора – его быстрое отключение. НТВ приборы обладают примерно в 10 раз большей устойчивостью к световым помехам, но это не есть решение проблемы. Практически защищены от световых помех только активно-импульсные приборы. За счет работы в импульсном режиме любая длительная световая помеха ослабляется в число крат, равное скважности работы прибора. Дополнительная помехозащищенность достигается применением полосового фильтра с полосой пропускания, соответствующей рабочей области спектра  лазерного осветителя.

Также от световых помех защищены и ТПВ приборы. Эти приборы могут работать в условиях воздействия ослепляющих световых помех всех видов (за исключением тех, у которых максимум энергетической светимости приходится на рабочий спектральный диапазон ТПВ прибора).

Таким образом, АИ и ТПВ приборы могут работать круглосуточно, их динамический диапазон существенно шире, чем у других приборов. ТПВ приборы хуже работают в условиях тех световых помех, для которых лучше работают АИ приборы, и наоборот. В условиях пыледымовых помех лучше всего работают ТПВ приборы, хуже – АИ приборы, все прочие приборы неработоспособны.

4. Представление визуальной информации

Большинство пассивных и пассивно – активных приборов на ЭОП – монокулярные, это исключает стереоскопическое  наблюдение и утомляет оператора. Бино- и биокулярные приборы предпочтительнее, но они создают «туннельный» эффект – ограниченность поля зрения оправами окуляров вызывает у оператора чувство психологического дискомфорта, потерю уверенности, боязнь ограниченности пространства (за исключением тех случаев, когда создается комбинированное изображение, позволяющее смотреть, минуя канал ЭОП). Также изображение может выводится на дисплей. Оптимальный же вариант – наблюдение с ТВ экрана (что, к сожалению, не всегда возможно). С этой точки зрения активно-импульсные низкоуровневые телевизионные приборы и тепловизионные приборы имеют бесспорное преимущество. Оно проявляется также и в том, что помимо визуальной, в электронный канал НТВ и тепловизионного прибора может быть введена любая буквенная, цифровая и символическая информация, которая может меняться в соответствии с определенной программой. В то же время в приборах с окулярным выводом изображения такая информация может быть введена только с помощью оптических проекционных систем, что ограничивает объем и скорость ввода информации.

 

 

 

 

 

5. Возможность измерения параметров наблюдаемого объекта

Обычно возникает  необходимость в измерении дальности  до наблюдаемого объекта и его  координат, реже – в измерении  его скорости. Все пассивные, пассивно – активные приборы на ЭОП, ТВ и ТПВ приборы могут обеспечить оценку дальности по дальномерной шкале в поле зрения прибора – широко известным методом «база на объекте». Этот метод дает лишь приближенное, очень грубое значение дальности. Погрешность измеряется десятками метров. Поэтому обычно для измерения дальности эти приборы комплектуются дополнительными лазерными дальномерами. Без них невозможно также измерить и скорость наблюдаемого объекта. Только АИ приборы могут с точностью, соответствующей возможностям современных лазерных дальномеров, измерить и дальность до объекта, и его скорость.

Для измерения  координат все приборы обычно имеют угломерный лимб, позволяющий  измерить координаты с точностью  до 1 угловой минуты. Для достижения еще большей точности необходимо использовать НТВ приборы на базе ПЗС матриц, которые могут обеспечить автоматическое измерение координат объекта с точностью до 1 угловой секунды.

 

 

 

 

 

 

6. Ограничение массы, габаритов и энергопотребления