В различных сферах человеческой деятельности для того чтобы обеспечить видимость наблюдаемого объекта в тёмное время суток, а также при плохих погодных условиях. Стоит при этом отметить, что если естественная освещённость снижена, то дальность эффективной деятельности подобных устройств резко падает. В результате после наступления полной темноты они становятся неработоспособными. Основным способом исполнения описываемых приборов является применение преобразователей электронно-оптических [1, 2].
Для того чтобы устройства стабильно работали в темноте и во время снега лили дождя, на них обычно устанавливают осветители, работающие в инфракрасном спектре. Кроме того, некоторые модели нуждаются в установке целеуказателей, для того чтобы они создавали «точечную» подсветку цели. Чаще всего они выполняются при помощи инжекционных лазерных излучателей собранных на основе полупроводников.
Их главное отличие от аналогичных систем – высокая степень яркости тела свечения. Также стоит отметить, что подобные излучатели весят мало, компактны, отличаются хорошими техническими и эксплуатационными характеристиками.
Выделяют лазерные осветители, предназначенные для работы, как в непрерывном, так и импульсном режиме. Вторые обычно являются составной частью активно-импульсных приборов [2]. Принцип их действия состоит в выполнении подсветки цели с помощью лазерного осветителя излучателем импульсного типа. Кроме того, здесь задействован электронно-оптический преобразователь, который находиться в приёмной части ПНВ. Плюсами его использования, по сравнению с иными аналогичными устройствами, являются следующие обстоятельства:
- увеличение радиуса действия.
- повышение уровня точности измерений.
- непрерывность наблюдения, даже в том случае если на местности присутствуют интенсивные световые помехи или идёт дождь или снег.
Устройство этого прибора ночного видения включает в себя:
- оптический осветитель, при помощи которого формируется излучение требуемой интенсивности.
- блок накачки.
- лазерный импульсный излучатель полупроводникового типа.
Схема излучателя тиристорная или же транзисторная. Они были разобраны ранее [3], как и основы создания оптики, предназначенной для работы с ними. Кроме того, устройство может быть выполнено по схеме группового или же моноизлучателя. [2]. Всё зависит от того, для чего создаётся тот или иной прибор.
Если рассматривать первый вариант исполнения, то его принципиальная схема показана на рис. 1. Здесь (1) – это решётки или сами элементарные лазерные излучатели (2) – коллектор стекловолоконный, (3) - интегратор, (4) – объектив, используемый для формирования излучения. Различные решётки, а также излучатели (1), с помощью гибких жгутов коллекторов, которые изготовлены из стекловолокна (2) объединяются в единое тело свечения. Цель подобной операции – получить излучение высокой средней мощности. В этом случае жгут в поперечном сечении должен быть прямоугольным и иметь размеры сторон, которые должны соответствовать размерам самого тела свечения. Перемешивание излучений в данном случае выполняется с помощью интегратора (3), который устанавливается на выходе из коллектора (2). С технической точки зрения он представляет собой кусок светодиода, который, кроме того, обеспечивает равномерное распределение энергетической яркости на выходном торце.
Формат размер пятна подсветки напрямую зависят от аналогичных характеристик выходного торца прибора. Он создаётся прямо на местности при помощи спецобъектива (4). Как выглядит такой устройство можно понять с помощью фото 1. Отдельности стоит отметить, что конструкция осветителя может содержать в себе многоэлементный излучатель в виде лазерных диодов, при этом некоторые его элементы могут быть размещены в разных плоскостях. Кроме того, рядом с ним монтируется также интегратор необходимый для формирования самого излучения. Подобную схему можно увидеть на осветителе оLS-410 производства американской компании LDL [4] (фото 2). Если же требуется увеличить мощность излучения, пропорционально увеличивают количество элементарных излучателей, как и габаритные размеры выходного торца интегратора.
Рис. 1. Схема построения лазерного осветителя
Фото 1. Внешний вид осветителя выполненного по схеме моноизлучателя
Фото 2. Осветитель LS-410 фирмы LDL, США
Учитывая названные обстоятельства, оптимальным решением, при наличии высоких показателей мощности, считается схема группового модуля. В этом случае осветитель выполняется при помощи нескольких стандартных модулей, которые соединены между собой оптическими осями размещёнными параллельно.
Для этого на каждый модуль устанавливается собственный объектив и излучатель, который содержит решётку лазерных диодов как имеющих интегратор, так и не имеющих его. Суммируется излучение всех модулей в одном углу подсвета, который равен углу подсвета одного такого модуля.
В результате уменьшаются габариты устройства, и гарантируется простота его конструкции. Также в этом случае ремонтнопригодность прибора очень высока, так как для выполнения ремонта вполне достаточно просто заменить один модуль на другой.
Существует техническая возможность разнести модули устройства в пространстве, что позволяет установить его на объекте оптимальным образом. Подобным объектом может служить вертолёт, судно или же автомашина. Для формирования излучения в этом случае можно использовать двух и трёхлинзовые объективы, а так же растровая оптика, представленная на фото 3 – осветитель НИИ «Полюс».
Кроме того, к таким устройствам можно отнести однолинзовые объективы, имеющие киноморфную или же асферическую поверхность, градиентные объективы [4] или же выполненные из пластмассы линзы Френеля [5]. На фото 4 изображен осветитель, состоящий из двух модулей который устанавливается на активно-импульсный прибор 1ПН61 [6]. Его выполняют на базе лазерного излучателя ИЛПИ-110. Он имеет размеры 287х210х120 мм. Базой осветителя ПЛ-1 стал излучатель ИЛПИ-114, изображённый на фото 5. Габариты этого устройства составляют 250х170х150 миллиметра. Десятимодульный и шестимодульный осветитель можно увидеть на фото 6 и 7. Первый выполняется на базе лазерных излучателей импульсного типа ЛПИ-14, а второй – на базе осветителя 0-245/6.
Фото 3. Импульсный лазерный осветитель с растровой оптикой, НИИ “Полюс”, Россия
Фото 4. Двухмодульный осветитель прибора 1ПН61
Фото 5. Осветитель ПЛ-1 ЦКБ “Пеленг”, Беларусь
Фото 6. Десятимодульный осветитель
на базе импульсных лазерных излучателей ЛПИ-14
Фото 7. Шестимодульный осветитель О-245/6
Для создания лазерных осветителей импульсного типа могут быть использованы полупроводниковые импульсные лазеры, имеющие электронную накачку (ИПЛЭН) [4, 8, 9]. Несмотря на то обстоятельство, что их КПД ниже, чем у инжекционных лазеров полупроводникового типа, их мощность составляет от 4х106 до 3х108 Вт.
Отдельно стоит упомянуть то обстоятельство, что длительность импульса здесь 3 – 5 нс [8, 9]. Это обстоятельство, в сочетании с низкой рабочей частотой, которая измеряется десятками Гц, даёт, в свою очередь, возможность получит небольшую глубину просматриваемого пространства при высокой скважности работы прибора.
Данное устройство первым было создано и использовалось в ГУП «Орион» [4]. В наше время производством ИПЛЭН весьма успешно занят НИИ «Платон» [8, 9]. Тип полупроводниковой мишени лазера, которую бомбардирует электронный пучок, выделяют рабочие волны прибора диапазоне от 0,38 до 1,7 мкм: 0,395, 0,471, 0,51, 0,53, 0,58, 0,61, 0,66, 0,89, 1,3, 1,7 мкм. При этом весит устройство 22 килограмма, потребляет электроэнергию 50-100 Вт, его габариты составляют O160х500 мм. Что же касается внешнего вида головки прибора, то он размещён на фото 8.
Фото 8. Внешний вид излучающей головки ИПЛЭН
Основные параметры импульсных лазерных осветителей приведены в табл. 1.
Таблица 1. Основные параметры импульсных лазерных осветителей для активно-импульсных ПНВ
Фото 8. Внешний вид излучающей головки ИПЛЭН
Основные параметры импульсных лазерных осветителей приведены в табл. 1.
Таблица 1. Основные параметры импульсных лазерных осветителей для активно-импульсных ПНВ
Страна,
фирма | Модель | Активная среда | Pср., Вт | Ри, Вт | tи,
нс | F, кГц | L, нм | Q,
град | m,
кг | Рэ,
Вт |
| США, LDL | LS-410 | GaAs | 0,78 | 1200 | 130 | 5 | 900 | 54'х34' | 12 | 300 |
| США, RCA | - | GaAIAs | 0,08 | 410 | 150 | 1,3 | 850 | 1,5x1° | - | 15 |
| США, RCA | - | -"- | 0,25 | 1230 | 130 | - | 850 | 2x1° | 0,4 | 11 |
| США, RCA | - | -"- | 1,0 | 1000 | 130 | 8 | 820 | 2x1° | 7 | 300 |
| РФ, СКБ ТНВ | ЛПИ-14 (10 модулей) | GaAs | 0,015 | 300 | 100 | 0,5 | 900 | 3x3° | 5 | 35 |
РФ,
СКБ ТНВ
и ЦКБ
“Точприбор” | ИЛПИ-110 (2 модуля) | GaAIAs | 0,08 | 260 | 120 | 3 | 850 | 1x0,5° | 5 | |
| РФ, ГУДП СКБ ТНВ | O-250/12, ЛПИ-14, (12 модулей) | GaAs | 1,2 | 700 | 120 | 1,8 | 900 | 18'х18' | 55 | 35 |
| РФ, ГУДП СКБ ТНВ | O-245/6, ИЛПИ-114, (6 модулей) | GaAIAs | 1,2 | 2000 | 130 | 5,2 | 850 | 42'x2l' | 35 | 40 |
РФ, ГУДП СКБ
ТНВ | O-245, ИЛПИ-114,
1 шт. | GaAIAs | 0,2 | 300 | 130 | 5,2 | 850 | 42'x2l' | 10 | 40 |
| РФ, НИИ “Полюс” | от АИ прибора ННП-130 | GaAIAs | 0,03 | 100 | 600 | 0,5 | 840 | 2xl' | 1 | 1,5 |
| Беларусь, ЦКБ “Пеленг” | ПЛ-1, ИЛПИ-114 | GaAIAs | 0,15 | 225 | 130 | 5,2 | 840 | 1,5x0,75° | менее 7 | менее 50 |
Примечание:
1. Рср. – средняя мощность излучения.
2. tи – длительность импульса излучения.
3. F – рабочая частота.
4. l – длина волны.
5. q – угол подсвета.
6. m – масса.
7. Рэ – энергопотребление.
Большинство приборов ночного видения, которые работают в непрерывном режиме, используют лазерные осветители в своей работе. Если сравнить их с импульсными излучателями, то они дают значительно меньшие размеры тела свечения, более высокий КПД и длительный срок службы. В результате можно существенно снизить массу прибора, уменьшить его габариты и энергопотребление. Кроме того, именно таким образом можно получить меньшие углы подсвета, которые достигнут единицы минут.
Стоит также упомянуть о том, что описываемые устройства также обладают более простой схемой накачки. Основные параметры “непрерывных” осветителей приведены в табл. 2.
Таблица 2. Осветители на базе полупроводниковых лазеров для ПНВ
Страна,
фирма | Модель | L,
нм | Р,
мВт | Q,
град. | U,
В | Габариты,
мм | m,
кг |
| РФ, НИИ “Волга” | ИЛК-1 | 780±20 | 15 | 0,5 | 2,5 | 011x27 | 0,013 |
| РФ, ГП “Восход” | лпи | 890 | 6 | 8 | 20 | 18x14x30 | - |
| РФ, РОМЗ | AIP-1 | 820 | 15 | - | 4,5 | 170x100x43 | 0,57 |
| — | AIP-1M | 820 | 6 | - | 4,5 | - | - |
| -”- | AIP-1T | 820 | 15 | - | 4,5 | - | - |
| -”- | AIP-1P | 820 | 20 | - | 4,5 | - | - |
| -”- | AIP-7 | 820 | 20 | - | 3 | 140x60x43 | 0,33 |
| — | AIP-7M | 820 | 20 | - | 3 | -”- | -”- |
| -.- | AIP-7T | 950 | 20 | - | 3 | — | — |
| США | MDL-MLTL860 | 860±5 | 100 - 1000 | 1,5 | 5+1 | 019x139 | 0,184 |
| США | MDL-MLTL AV165 | 860±5 | 165 | 0,6x0,8 | 2-9 | - | 0,717 |
| США | MDL-MLILF-1 | 860+5 | 1000 | 1,5 | - | 055X318,5 | 1,23 |
| США | VLM3LG | 670 | | 10, 30, 60, 85 | 3 | 09x22 | - |
| США, ITT | RT-5A | 840 - 870 | 6-10 | 1° - 1,5' | 9 | 178x75x89 | 0,645 |
| Израиль | SL-1 | 850±20 | 10 | 2 | 6 | 051x155 | 0,55 |
| Израиль | IL-7 | 850 | 2 | 40 | 3,5 | 60x45x20 | 0,116 |
| Германия | IL-7/LR | 810 | 15 | 3,6' - 40° | 3,5 | 63x50x20 | 0,13 |
Примечание:
U – напряжение питания.
Р – мощность излучения.
Все остальные обозначения – см. примечание к табл. 1.
На фото 9 изображён осветитель RT-5А [7] у которого угол подсветки меняется при помощи изменения фокусировки объектива имеющего на вооружении функцию переменного фокусного расстояния.
В связи этим стоит отметить оригинальное решение, предложенное Ростовским оптико-механическим заводом (РОМЗ), который разработал и запустил в производство целое семейство осветителей, которые встраиваться в рукоятку прибора ночного видения. ПНВ НЗТ-1 (фото 10) может служить примером такого устройства.
При этом в любом случае целесообразно выполнить осветители как отдельные независимые модули, смонтированные в отдельном корпусе и имеющие автономные источники питания. Такие отдельные модуль состыкованы с ПНВ при помощи универсальных узлов крепления. Если же возникнет необходимость, они достаточно легко отделяются и заменяются на осветители, имеющие иные параметры.
Фото 9. Осветитель RT-5А
Фото 10. Прибор ночного видения НТЗ-1
со встроенным в рукоятку осветителем, РОМЗ, Россия
Для организации ночного видения, кроме описанных устройств, применяются также малогабаритные целеукзатели созданные на основе лазерных излучателей непрерывного действия. С их главными параметрами можно ознакомиться в табл. 3
Обычно целеуказатели используются в прицельных комплексах, которые состоят из очков ночного видения предназначенных для наблюдения за целью в ночное время. Кроме того, существуют лазерные указатели цели, монтируемые непосредственно на оружие для того, чтобы создать небольшое «точечное» пятно подсветки на цели.
Для этого чтобы прибор эффективно работал, его устанавливают параллельно стволу винтовки или ружья, которые пристреливаются вместе с ним. Кроме того, положение указателя в обязательном порядке подлежит регулированию с использованием специальной системы выверки. Благодаря выполнению этой процедуры пули при стрельбе всегда попадают точно в цель, на которой находится пятно подсветки.
Описываемый прицельный комплекс в принципе исключает саму необходимость прицеливания, так как в этом случае оружие достаточно просто навести на цель так, чтобы совместить его с пятном подсветки для выполнения точного выстрела. Стоит отметить, что точность стрельбы в этом случае не падает даже если оружие находиться в разном положении, например, в процессе движения. Среди примеров такого оружия можно назвать:
- пистолеты;
- автоматы;
- гранатомёты, спортивное и охотничье оружие.
При создании описываемых приборов применялись полупроводниковые лазеры, чья рабочая длина составляет 0,82 – 85 мкм. Они необходимо для того, чтобы подсветка объекта выполнялась скрытно, а само излучение фиксировалось только лишь в очках ночного видения. Практика же показывает, что со стороны такое излучение фиксируется и определяется в виде точки красного цвета, что может произвести на вероятного противника серьёзное психологическое воздействие.
Также стоит отметить, что применение описываемого комплекса на данных волнах невозможно в дневных условиях. Исключение составляют случаи использования очков ночного видения имеющих на вооружение диафрагментированные объективы. Именно по этой причине в последнее время широко используются указатели цели с излучателями, использующими волны длинной 0,635 – 0,67 мкм.
Прицельный комплекс, выполненный по названным параметрам, позволяет видеть пятно подсветки на цели невооруженным глазом днём, а ночью в очки ночного видения, при этом дальность значительно повышается по сравнению с использованием указателей целей, имеющих длину волны 0,82 – 0,85 мкм. Дело стоит в том, что чувствительность фотокатода преобразователя электронно-оптического для очков ночного видения в 1,5 – 2 раза выше в спектре 0,635 – 0,67 мкм, чем в диапазоне 0,82 – 0,85 мкм.
Установить указатель цели можно как непосредственно на стволе, так и под ним. Стандартный лазерный целеуказатель, а также очки можно увидеть на фотографии 11 под номерами (1) и (2). Здесь размещено устройство PL-1. Кроме того фотографии с 13 по 15 содержат в себе изображения приборов: REM 007, ЦЛ-05, TSL-10, «Корсак-3».
Вариант изготовления описываемого устройства можно найти на рис. 2. Пунктир здесь отображает крепление его корпуса к оружию. Для выверки прибора применятся эксцентриковая оправа. Фото 17 демонстрирует указатель цели АСР-2, устанавливаемый на палец оператор. Он используется для того, чтобы обеспечить ночную посадку вертолётов [10].
Фото 11. Типичный лазерный целеуказатель с ночками ночного видения
Фото 12. Целеуказатель PL-1, ВОМЗ, Россия
Фото 13. REM 007 фирмы Wild Heerbrugg, Швейцария
Фото 14. Лазерный целеуказатель ЦЛ-05, БЕЛОМО, Беларусь
Фото 15. Целеуказатель TSL-10, БЕЛОМО, Беларусь
Фото 16. Целеуказатель “Корсак-3”, БЕЛОМО, Беларусь
Рис. 2. Схема конструктивного исполнения целеуказателя
Фото 17. Миниатюрный целеуказатель
ACP-2 фирмы Night Vision Equipment Inc., США
Небольшой вес, малые габариты, а также приемлемая расходимость излучения устройства, которая сочетается с обычной модуляцией его излучения по току накачки, даёт возможность сделать из указателя дальномер, встроенный в прибор ночного видения. Так, например, он в РОМЗ создан дальномер-осветитель, позволяющий в широком угле подсветки обеспечить наблюдение, а в узком – процесс измерения дальности до цели путём создания на нём концентрированной точки подсветки. [11].
Названное устройство синхронизируется с любой моделью приборов ночного видения, которые имеют стандартное гнездо под штекер ¼ дюйма. Для обеспечения питания аппарата предусмотрено использование встроенных аккумуляторов 10Д-0,26С, имеющих напряжение 12 В. Он имеет массу без АКБ 0,9 килограмм и размеры 220х180х50 мм. Что же касается диапазона, в котором измеряются дальности - 5 – 150 м., то погрешность в этом случае не превышает 1-2 метра.
Выпускаемые за рубежом приборы ночного видения комплектуются портативными лазерными дальномерами, разработанными на базе полупроводников. Из примеров можно назвать прибор ПНВ МС31, предназначенный для наблюдений. Он выпускается американской компанией Litton и оснащён дальномером, который может обеспечивать измерения дальности тысячи метров при точности ±5 м [4]. Имеющий на вооружении прибор ночного видения данное устройство весит не более 1,3 килограмм при габаритах 170х140х70 мм. Аналогичный американский прибор производства компании Night Vision Equipment также вооружён дальномером радиус действия, которого составляет 5000 метров [4].
В дальнейшем указатели цели и осветители развивались в русле создания новых приборов ночного видения, которые работают в диапазоне 1 – 1,8 мкм [13]. Если сравнить их с обычной областью спектра 0.4 – 0.9 мкм, то имеющийся у них диапазон 1 – 1,8 мкм отличается большим процентом пропуска атмосферы в целях меньшего излучения. Чем выше освещённость в ночное время, тем более стабильнее они работают. Для устойчивой работы устройств здесь применяют лазеры, выдающие излучение волн в 1,25 – 1,3, 1,55 мкм [4]. Весят они не более чем стандартные лазерные осветители, рабочая длина которых не превышает 0,82 – 0,85 мкм при мощности излучения 0,1 – 1 Вт [4].
В некоторых случаях имеется возможность применения лазера для подсветки твёрдотельного типа. Он изготовляется на основе эрбия и имеет длину волны 1,54 мкм, кроме того, существует вариант лазера на основе гельмия, здесь волна составляет 1,7 мкм. Среди устройств, имеющих на вооружении подобные осветители, можно назвать модель ЕАД-500Д и ЕАД-1000Д [12]. Она генерирует мощность излучения равную 0,5 и 1 Вт, что соответствует длинам волн 1,58 и 1,57 мкм, при этом имеется накачка от лазера полупроводникового типа, у которого длинна волны составляет 0,95 – 0,97 мкм. У него волоконный вывод излучения, а также масса 5 килограмм и габариты 250х100х325 мм. В том случае, когда используется излучение лазера на длиннее волны 1,3 – 1,7 мкм, оно абсолютно безопасно для зрения и не видно невооруженным глазом [14].
Чтобы достигнуть высоких показателей вероятностей при опознавании в максимально широком диапазоне, требуется использование многоканальных приборов ночного видения [15]. Именно поэтому существует целесообразность разработки осветителей имеющих несколько цветов при работе в максимально широкой области спектра с использованием дискретного спектра длин волн (рис. 3). В этом случае применяются зеркала (2) имеющие на вооружении дихроичное покрытие, с помощью которого происходит суммирование излучений излучателей (1) и (3), которые генерируют его в спектре 0,85 и 1,55 мкм. Само зеркало может пропустить излучение устройства (3), но отразит излучение устройства (1). При применении зеркала общие потери не превысят 10 – 15%, при этом объектив (4) может к5оллимировать излучения обеих излучателей.
Рис. 3. Схема построения лазерного осветителя
с использованием двух лазерных излучателей
Стоит отметить, что существует также возможность по изготовлению решётки многоэлементного типа, которая состоит из обычных элементарных лазеров на полупроводниках имеющих различную длину волн. Именно подобные малогабаритные устройства могут управляться поддающейся программированию логической схемой.
Их задача – обеспечивать одновременную или же независимую работу обычных элементарных излучателей. Кроме того, перспективы развития подобных технологий имеют связь с обеспечением накачки в интегральном исполнении с применением лазера аналогичного модели [16].
В результате можно менять рабочий режим схемы в соответствии с заданной программой во времени. Управлять описываемым устройством можно как непосредственно, так и дистанционно. Последняя возможность особенно ценна для разработки роботизированных устройств и механизмов. С целью оптимизации оптики при формировании излучения, её могут вырастить в интегральном исполнении непосредственно с лазерными излучателями [17].
Они могут также быть использованы в качестве целеуказателей-дальномеров работящих в связке с микропроцессорами, входящими в состав устройств управления. Они могут менять технические характеристики устройства в зависимости от изменения погодных условий, а также выполнять функции внутреннего контроля.
