Устройство для обнаружения оптических и оптико-электронных приборов (варианты)

 

Изобретение относится к оптико-электронным приборам, относящимся к военной технике и технике сил правопорядка. Технический результат заключается в повышении дальности обнаружения и улучшения поисковых характеристик устройства, в частности углового размера зондируемого пространства в условиях дневной и ночной освещенности. Для этого устройство содержит лазерный излучатель, электронно-оптический преобразователь (ЭОП) с приемным объективом, средство наблюдения изображения на экране ЭОПа и модулятор импульсного лазерного излучателя с частотой 0,2-25 Гц. Оператор наблюдает мигание изображения обнаруживаемого прибора на неподвижном фоне, что позволяет снизить пороговое отношение сигнал/фон приемного канала, влияющее на дальность обнаружения. В частных случаях устройства могут быть оснащены интерференционным фильтром, регулятором мощности и измерителем дальности, а затвор ЭОПа выполнен с возможностью стробирования по дальности. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к оптико-электронным приборам, относящимся к военной технике и технике сил правопорядка, и может быть использовано в приборах обнаружения оптических и оптико-электронных средств или в прицелах, устанавливаемых на оружии, в том числе на специализированных средствах подавления снайперов.

Известны устройства для поиска оптических и оптико-электронных приборов (ОЭП). Такие устройства используют зондирующее излучение видимого или ближнего инфракрасного диапазона и канал приема и анализа отраженного излучения. При попадании в зондирующий луч ОЭП, обращенный к устройству поиска, дает световой отклик, воспринимаемый приемным каналом. Поскольку отражение от ОЭП имеет ретро-рефлексионный характер, а от фона - диффузный, параметры и поведенческие характеристики отклика ОЭП и фона имеют различия, позволяющие определить наличие ОЭП в зондирующем луче.

Известна, например, лазерная система обнаружения оптоэлектронных объектов (пат. РФ №2113717, приоритет 10.11.96, G 01 S 17/06). Система содержит импульсный лазер, согласованное с ним по полю зрения фотоприемное устройство, пороговое устройство и привод с датчиком углового положения привода. Привод осуществляет сканирование пространства зондирующим лазером и приемным каналом. Пороговое устройство осуществляет сравнение поступающего сигнала приемного канала с пороговым и в случае его превышения выдает сигнал тревоги, а также направление на обнаруженный ОЭП. В данной системе используется превышение яркостью отклика отраженного ОЭП излучения (в определенном диапазоне дальностей) суммы собственной яркости фона и яркости отклика фона на зондирующее излучение на определенную пороговую величину.

Недостатками устройства являются малая дальность обнаружения в сочетании с малым угловым размером зондирующего излучения, отрицательно влияющим на скорость поиска (здесь и далее, в смысле - дальность при нормированной мощности излучателя), определяемая требуемым пороговым отношением сигнал/фон, а также чувствительность к помехам в виде ярких источников излучения и отсутствие изображения целе-фоновой обстановки.

Устройство обнаружения оптико-электронных объектов (пат. РФ №2129287, приоритет 05.02.98, G 01 S 17/00) содержит импульсный лазер и телевизионную камеру, снабженную электронно-оптическим преобразователем (ЭОП), а также модулятор импульсов лазерного излучателя. Устройство позволяет визуализировать целе-фоновую обстановку и выделять ОЭП из ярких помех (фары, лампы, окна и т.п.). Данное устройство использует для селекции ложных ярких целей - критерий мигания блика ОЭП.

Недостатком этого устройства является малая дальность обнаружения ОЭП, а также наличие узлов, обеспечивающих дополнительную функцию автоматического обнаружения цели (телекамера, привод и электроника), ухудшающих массогабаритные характеристики и энергопотребление, критические для ручных приборов обнаружения и приборов, размещаемых на стрелковом оружии.

Устройство согласно способу обнаружения средств оптического и оптикоэлектронного типа (пат. РФ №2133485, приоритет 03.07.98, G 01 S 17/00, 17/10) дополнительно содержит пороговое устройство. Это устройство использует критерий превышения пороговой величины по яркости и для селекции ложных целей - критерий мигания блика ОЭП. Недостатками этого устройства являются малая дальность обнаружения ОЭП и наличие узлов (телекамера, привод и электроника), ухудшающих массогабаритные характеристики и энергопотребление, и отсутствие в изображении целе-фоновой обстановки.

Устройство согласно способу обнаружения оптических и оптико-электронных приборов (пат. РФ №2155357, приоритет от 15.06.1999) использует телевизионный принцип построения изображения и дифференциальный способ формирования видеосигнала. В данном устройстве дальность обнаружения поднимается за счет подавления сигналов с низкими пространственными частотами (высокочастотная пространственная фильтрация). Дополнительно устройство анализирует плоскости поляризации принимаемого излучения для селекции отражателей катафотного типа. Наличие поляризационного анализатора, в свою очередь, снижает дальность обнаружения (при нормированной мощности излучателя).

Недостатками устройства являются малая дальность обнаружения, отсутствие в изображении целе-фоновой обстановки и наличие телевизионного канала и привода, ухудшающих массогабаритные характеристики и энергопотребление.

Наиболее близким аналогом - прототипом - является активно-импульсный прибор ночного видения (ПНВ) (В.А.Орлов, В.И.Петров. Приборы наблюдения ночью и при ограниченной видимости. М.: Воениздат, 1989, стр.115-118). Активно-импульсный прибор содержит импульсный лазерный излучатель, ЭОП, объектив и окуляр. Наблюдатель через окуляр просматривает участок местности, подсвеченный импульсным лазерным излучателем. При попадании в луч ОЭП, обращенного к ПНВ, наблюдатель видит блик от ОЭП в виде яркой точки, на менее ярком естественном фоне. Поскольку отражение от ОЭП имеет ретро-рефлексионный характер, а от фона - диффузный, обеспечивается более высокая яркость цели, при условии, что естественная яркость фона достаточно низка.

Недостатками указанного устройства являются малая дальность обнаружения ОЭП в сочетании с малым угловым размером зондирующего излучения (отрицательно влияющим на скорость поиска), а также невозможность работы в дневных условиях освещенности из-за недостаточного контраста изображения ОЭП на ярком фоне.

Общими признаками заявляемого изобретения и прототипа являются наличие лазерного излучателя, ЭОПа, снабженного объективом, а также средства наблюдения изображения на экране ЭОПа.

Задачей изобретения является повышение дальности обнаружения и улучшение поисковых характеристик устройства, в частности углового размера зондируемого пространства в условиях дневной и ночной освещенности. Кроме того, в частных случаях задачей является обеспечение возможности работы в дневных условиях освещенности и измерение дальности до обнаруживаемого ОЭП.

Поставленная задача решается двумя вариантами устройства.

По первому варианту в устройство, содержащее лазерный излучатель, электронно-оптический преобразователь (ЭОП), приемный объектив и средство наблюдения изображения на экране ЭОПа, дополнительно вводится модулятор лазерного излучателя, рассчитанный на частоту 0.2-25 Гц. Верхний предел частоты определяется критической частотой мельканий, воспринимаемой глазом наблюдателя. Поскольку заметность мигающего изображения ОЭП в несколько раз выше, требуемое для устойчивого обнаружения оператором отношение сигнал/фон в несколько раз меньше, что позволяет обнаруживать ОЭП на большей дальности и/или увеличить угловой размер зондирующего излучения.

Для обеспечения работы прибора в дневных условиях освещенности ЭОП может быть оснащен регулируемым по скважности затвором (п.2 формулы), отрезающим избыток излучения фона с высокой частотой, не заметной глазу. Коэффициент использования поступающего на ЭОП излучения фона регулируется скважностью затвора.

Для повышения дальности обнаружения (путем повышения отношения сигнал/фон) в условиях высокой естественной освещенности приемный объектив может быть дополнен съемным интерференционным фильтром, согласованным с лазерным осветителем (п.3 формулы).

Для повышения дальности обнаружения в условиях низкой естественной освещенности, когда обнаружение затруднено паразитным миганием фона, вызванным избыточной мощностью лазерного осветителя по сравнению с естественной яркостью фона, лазерный излучатель оснащен регулятором мощности (п.4 формулы), позволяющим уменьшить долю лазерного осветителя в яркости фона.

Для повышения дальности обнаружения в условиях, когда обнаружение затруднено ближними элементами фона, создающими яркие помехи в изображении, затвор ЭОПа выполнен с возможностью стробирования по дальности (п.5 формулы). Эта функция позволяет отсечь изображение близко расположенных элементов фона.

С целью измерения дальности в устройство введен измеритель дальности до ОЭП (п.6 формулы).

По второму варианту (п.7 формулы) в устройстве, содержащем импульсный лазерный излучатель, электронно-оптический преобразователь (ЭОП), приемный объектив и средство наблюдения изображения на экране ЭОПа, ЭОП оснащен регулируемым по скважности затвором, частота открывания которого отличается от частоты импульсов лазерного излучателя на 0,2-25 Гц.

В таком устройстве, изображение обнаруживаемого ОЭП мигает с частотой, равной разности частот открывания ЭОПа и импульсов лазерного излучения. Первую гармонику комбинированного сигнала описывает известная тригонометрическая формула

cos(α)cos(β)=0.5(cos(α-β)+cos(α+β)),

где α и β представлены колебательным процессом α=ω₁t+φ₁, β=ω₂t+φ₂, разность близких частот (ω₁-ω₂) мала (не превышает 25 Гц) и обнаруживается глазом в виде мигания изображения, а сумма (ω₁+ω₂) находится за пределами частотного диапазона устройства и глаза. (Т.е. если частота импульсов лазерного излучателя 1 кГц, а частота открывания затвора ЭОП 1.003 кГц, то частота мигания сигнала обнаруженного ЭОП составляет 3 Гц).

Для повышения дальности обнаружения устройства по второму варианту в условиях высокой естественной освещенности приемный объектив может быть дополнен съемным интерференционным фильтром, согласованным с лазерным осветителем (п.8 формулы).

Для повышения дальности обнаружения в условиях низкой естественной освещенности, когда обнаружение затруднено паразитным миганием фона, вызванным избыточной мощностью лазерного осветителя по сравнению с естественной яркостью фона, лазерный излучатель оснащен регулятором мощности (п.9 формулы), позволяющим уменьшить долю лазерного осветителя в яркости фона.

Для повышения дальности обнаружения в условиях, когда обнаружение затруднено ближними элементами фона, создающими яркие помехи в изображении, затвор ЭОПа выполнен с возможностью стробирования по дальности (п.10 формулы). Эта функция позволяет отсечь изображение близко расположенных элементов фона.

Измеритель дальности до ОЭП (п.11 формулы) обеспечивает дополнительную соответствующую функцию.

Средство наблюдения изображения на экране ЭОПа в любом из вариантов может быть выполнено в виде окуляра, телевизионной камеры и т.д.

Сущность устройства по варианту 1 поясняется чертежом. Устройство содержит:

1 - лазерный излучатель;

2 - модулятор лазерного излучателя;

3 - регулятор средней мощности лазерного излучателя;

4 - интерференционный фильтр;

5 - приемный объектив;

6 - ЭОП;

7 - окуляр;

8 - затвор ЭОПа.

Кроме того, на чертеже изображен обнаруживаемый объект - ОЭП 9.

Лазерный излучатель 1 включает в себя источник питания, объектив, формирующий требуемое поле подсветки, и электронику, формирующую импульсы излучения.

ЭОП 6 включает в себя источник питания.

Устройство по варианту 2 (не показано) содержит те же элементы за исключением модулятора 2 лазерного излучателя.

Устройство по варианту 1 работает следующим образом.

В процессе поиска ОЭП 9 лазерный излучатель 1 посылает на участок местности зондирующие импульсы, модулируемые модулятором 2 с частотой 0.2-25 Гц. На фотокатод ЭОПа 6, через объектив 5 и интерференционный фильтр 4, поступает излучение фона и блика от ОЭП 9. С экрана ЭОПа 6 изображение рассматривается через окуляр 7.

Фон отражает зондирующие импульсы диффузно, а ОЭП 9 отражает долю зондирующего излучения, пропорциональную показателю световозвращения ОЭП 9, в обратном направлении с малой расходимостью. За счет различий характеров отражений в изображении фона доминирует непрерывная компонента излучения, определяемая естественной освещенностью фона, а в изображении ОЭП 9 доминирует мигающая компонента излучения, определяемая зондирующей подсветкой. Поскольку заметность мигающего изображения ОЭП 9 в несколько раз выше, требуемое для устойчивого обнаружения оператором отношение сигнал/фон в несколько раз меньше, что позволяет обнаруживать ОЭП 9 на большей дальности и/или увеличить угловой размер зондирующего излучения при той же мощности лазерного излучателя 1.

В условиях низкой естественной освещенности, когда в воспринимаемом изображении фона становится заметной доля зондирующей подсветки (фон начинает мигать), мощность зондирующей подсветки уменьшается при помощи регулятора 3 средней мощности излучателя. Регулятор 3 может иметь ручной, автоматический (по пульсации тока через ЭОП) или смешанный варианты реализации.

В условиях высокой освещенности яркость фона понижается введением интерференционного фильтра 4 и регулировкой скважности импульсов, открывающих затвор 8 ЭОПа 6. Эта регулировка также может иметь ручной, автоматический или смешанный варианты реализации.

Яркость плохо видимого в условиях низкой освещенности фона поднимается снятием интерференционного фильтра 4.

При попадании в зондирующий луч мешающих обнаружению объектов они могут быть подавлены при помощи ручки регулировки строба дальности поступающего на затвор 8 ЭОПа 6 (не показана).

Для измерения дальности до обнаруженного ОЭП устройство может быть дополнено измерителем дальности (не показан). Измеритель дальности может быть реализован, например, в виде узла, производящего последовательности гасящих лазерный излучатель стробов, частота которых равна частоте лазерных импульсов, длительность соответствует пространственной глубине гасящего строба, а фаза регулируется оператором при помощи ручного регулятора. При использовании такого измерителя оператор вращает ручку регулятора фазовой задержки гасящих стробов, добиваясь затухания мигания изображения ОЭП. Результат отсчитывается по положению ручки или при помощи индикатора введенного в поле зрения устройства.

Устройство, выполненное по второму варианту, работает следующим образом.

Лазерный излучатель посылает на участок местности зондирующие импульсы. На фотокатод ЭОПа через объектив и интерференционный фильтр поступает излучение фона и блика от ОЭП. С экрана ЭОПа изображение рассматривается через окуляр.

За счет различий характеров отражений в изображении фона доминирует непрерывная компонента излучения, определяемая естественной освещенностью фона, а в изображении ОЭП - импульсная компонента излучения, определяемая зондирующей подсветкой. Комбинация частоты импульсного излучения, отраженного от ОЭП, и частоты открывания затвора ЭОП заставляет изображение ОЭП мигать с частотой равной разности частот.

Поскольку заметность мигающего изображения ОЭП в несколько раз выше, требуемое для устойчивого обнаружения оператором отношение сигнал/фон в несколько раз меньше, что позволяет обнаруживать ОЭП на большей дальности и/или увеличить угловой размер зондирующего излучения при той же мощности лазерного излучателя.

В этом варианте, как и в первом варианте устройства, в частных случаях используются: для устранения мигания фона в условиях низкой освещенности - регулятор мощности лазерного излучателя (в ручном, автоматическом или смешенном исполнении), для снижения яркости фона в условиях высокой освещенности - интерференционный фильтр, для устранения влияния посторонних мешающих объектов - регулятор строба дальности и для измерения дальности - измеритель дальности до обнаруживаемого объекта.

Таким образом, по сравнению с прототипом предложенное изобретение позволяет повысить дальность обнаружения и улучшить поисковые характеристики устройства.

Формула изобретения

1. Устройство для обнаружения оптических и оптико-электронных приборов, содержащее зондирующий лазерный излучатель, электронно-оптический преобразователь (ЭОП) с приемным объективом, через который на фотокатод ЭОПа поступает излучение, отраженное оптическим или оптико-электронным прибором, и средство наблюдения изображения на экране ЭОПа, отличающееся тем, что в него введен модулятор, модулирующий излучение лазерного излучателя с частотой 0,2-25 Гц.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ЭОП оснащен регулируемым по скважности затвором.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что приемный объектив дополнен съемным интерференционным фильтром, согласованным с лазерным излучателем.

4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что лазерный излучатель оснащен регулятором мощности.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что затвор ЭОПа выполнен с возможностью стробирования по дальности.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что в него введен измеритель дальности до обнаруживаемого объекта.

7. Устройство для обнаружения оптических и оптико-электронных приборов, содержащее импульсный зондирующий лазерный излучатель, электронно-оптический преобразователь (ЭОП) с приемным объективом, через который на фотокатод ЭОПа поступает излучение, отраженное оптическим или оптико-электронным прибором, и средство наблюдения изображения на экране ЭОПа, отличающееся тем, что ЭОП оснащен регулируемым по скважности затвором, причем частота открывания затвора отличается от частоты импульсов лазерного излучателя на 0,2-25 Гц.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что приемный объектив дополнен съемным интерференционным фильтром, согласованным с лазерным излучателем.

9. Устройство по п.7 или 8, отличающееся тем, что лазерный излучатель оснащен регулятором мощности.

10. Устройство по п.7, отличающееся тем, что затвор ЭОПа выполнен с возможностью стробирования по дальности.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что в него введен измеритель дальности до обнаруживаемого объекта.

РИСУНКИРисунок 1