А. Техническое описание изучаемых ПНВ.

Приборов ночного видения».

Приборы ночного видения (ПНВ) это ОЭП, предназначенные для наблюдения за удаленными объектами, скрытной передачи информации, прицеливания, управления транспортными средствами и решения других задач в условиях плохой визуальной видимости, т.е. (ночью). Их работа основана на использовании такого специфического приемника излучения как электронно-оптический преобразователь (ЭОП). В составе ПНВ такой приемник излучения осуществляет: 1) преобразование невидимого изображения, создаваемого объективом прибора на фотокатоде ЭОП, в видимую на его экране картину; 2) усиление яркости этой картины путем ускорения фотоэлектронов или умножения их количества; 3) оборачивание изображения за счет фокусировки электронов электростатической линзой или применения фокона с регулярной укладкой волокон.

ПНВ могут работать либо активным либо пассивным методом. В состав первых входит либо ИК прожектор, либо лазерный (светодиодный) целеуказатель, с помощью которого наблюдаемая картина подсвечивается визуально невидимым глазом излучением. Видимость предметов пассивными приборами обусловлена их облученностью излучением естественных источников ночного неба: светом звезд или Луны. Т.к. эта облученность даже в случае полной Луны не превышает 0.2 лк, то в пассивных ПНВ приходится применять ЭОП, обладающие высокой чувствительностью главным образом в видимой и частично в ближней ИК области спектра. Сначала это были многокаскадные (например, 3-х каскадные) ЭОП, затем менее габаритные однокамерные устройства, оснащенные микроканальным усилителем яркости (МКУЯ), а в последнее время так называемые «безпролетные» преобразователи с фотокатодом из арсенида галлия. Такие ЭОП имеют малые продольные габариты, оснащаются МКУЯ, а при необходимости и оборачивающим картину фоконом. Так как чувствительность фотокатода из GaAr примерно на порядок выше чувствительности ранее применяемых фотоматериалов, то это позволило построить пассивные ПНВ, обеспечивающие наблюдение за объектами в условиях их небольшого освещения Луной на дальностях до 2-х км. В настоящее время для расширения возможностей применения ПНВ они могут работать как в пассивном, так и активном режимах.

Ниже обсуждается особенности cхемо-технического исполнения и приводятся основные параметры 3-х типов ПНВ, в разное время выпускаемых отечественной промышленностью.

А. Техническое описание изучаемых ПНВ.

Примером активного ПНВ нулевого поколения может служить прибор СПН-3 (стрелковый прицел ночной третей модификации), который устанавливался на автомате Калашникова и служил для прицеливания при стрельбе в ночных условиях. В его состав входит ИК прожектор 1, приемная система 11 и автономный блок питания 111 (смотри рис.3.1).

Рис. 3.1 Функциональная схема ПНВ активного типа (прицел СПН-3).

ИК прожектор в свою очередь состоит из лампы накаливания-1, параболического отражателя-2 (они образуют единую конструкцию – лампу-фару, создающую слабо расходящийся «луч») и ИК фильтра-3, который не пропускает видимую демаскирующую прожектор часть излучения лампы. Эффективность работы прожектора оценивается значением угла расходимости создаваемого им луча (он определяется как отношение размера нити накала лампы-1 к фокусному расстоянию зеркального отражателя-2) и коэффициентом оптического усиления (он представляет собой отношение силы излучения прожектора к силе излучения нити накала и может быть рассчитан как отношение площади отражателя и к площади нити накала с учетом световых потерь на зеркальном покрытии и ИК фильтре-3).

Приемную систему прибора образуют объектив-1, за которым располагается ИК фильтр-2, однокамерный ЭОП-3 и окуляр-4. ЭОП имеет кислородно-цезиевый фотокатод, а на его экране (аноде) нанесен люминофор из сульфида цинка с зеленоватым спектром свечения. Спектральная характеристика фотокатода совместно с пропусканием ИК фильтра формируют рабочую спектральную область прибора 0.8-1.2 мкм.

Возможности приемной системы ПНВ определяются ее угловым полем (это отношение диаметра фотокатода ЭОП к заднему фокусному расстоянию объектива), видимым увеличением (это произведение отношения фокусных расстояний объектива и окуляра на отношение диаметров экрана и фотокатода ЭОП) и разрешающей способностью . При правильном «выборе» параметров объектива (высоком качестве создаваемого им изображения) и окуляра (его фокусного расстояния) обратно пропорционально произведению фокусного расстояния объектива на предельно разрешаемую ЭОП пространственную частоту в парах линий на миллиметр.

Интегральным показателем эффективности применения ПНВ может служить обеспечиваемая им дальность видения (опознавания объекта наблюдения-цели) - , которая зависит от параметров ИК прожектора, состояния атмосферы, размера и отражающих свойств цели, а также параметров приемной системы и индивидуальных возможностей наблюдателя.

В качестве источников электропитания лампы ИК прожектора и ЭОП в автономно работающих ПНВ используются малогабаритные аккумуляторы и батарейки. Так как для работы ЭОП на его анод необходимо подать постоянное напряжение порядка нескольких тысяч вольт, то для получения такого напряжения от низковольтных источников постоянного тока используются специальные электрические схемы, включающие в себя преобразователь постоянного напряжения в переменное, повышающий трансформатор и схему умножения и выпрямления высоковольтного напряжения.

Принципиальная электрическая схема прибора СПН-3 приведена на рис.3.2, где в качестве преобразователя напряжения используется полупроводниковый транзистор-Т. Он создает на входе повышающего трансформатора -Тр пульсирующее напряжение, которое на его выходе выпрямляется диодами и , а затем умножается конденсаторами и . Делителем напряжения на резисторах и полученное постоянное напряжение распределяется по электродам ЭОП. Сопротивление порядка 100 выполняет функцию защитного элемента схемы, «гасящего» большой ток в цепи катод-анод при засветке первого значительным мешающим излучением. В современных ПНВ электрическая схема питания ЭОП от малогабаритных 1.5 батареек выполняется в виде интегральной микросхемы и конструктивно объединяется с ЭОП.

Рис. 4.2 Принципиальная электрическая схема прицела СПН-3.

Прицеливание при стрельбе из автомата с помощью СПН-3 сводится к построению некоторого угла между каналом ствола оружия и линией визирования (направлением на цель) путем смещения ЭОП в вертикальном и боковом направлениях. Благодаря этому перекрестие прицельной сетки, нанесенной на фотокатоде ЭОП, специальными рукоятками смещается относительно оптической оси объектива, отклоняя линию визирования вниз и в боковом направлении (в сторону, противоположную боковому ветру и движению цели) относительно канала ствола оружия. Стрелок смещает ЭОП (сетку) с учетом текущей дальности до цели, скорости ее перемещения, а также значения бокового ветра.

Пассивный прибор ПГН-1 относится к ПНВ первого поколения и предназначен для прицеливания при стрельбе из гранатомета и наблюдения за полем боя в ночных условиях. Он устанавливается на гранатомете и состоит из двух конструктивно объединенных устройств: оптико-электронной приемной системы и блока питания

.

Рис. 3.3 Оптическая схема пассивного ПНВ (прицела ПГН-1) с 3-х камерным ЭОП.

Принципиальная схема приемной системы прицела ПНГ-1 представлена на рис.3.3 и состоит из светосильного объектива «Пецваля» (компоненты 1,2 и 3), 3-х камерного ЭОП-4 с желто-зеленым свечением 3-го экрана, симметричного окуляра-5 и проекционного устройства. Последнее служит для формирования проекционным объективом-10 изображения прицельной сетки-8 с угломерными делениями в плоскости фотокатода первой камеры ЭОП. Для получения благоприятного контраста целив условиях различной ночной освещенности перед ЭОП располагается диск-13 с набором цветных (ЖС-18, КС-17) и нейтральных светофильтров (НС-10 и К-108).

Пассивные ПНВ работают в видимой области спектра и оснащаются высокочувствительными ЭОП. Поэтому их необходимо «защищать» от всяких источников мешающего излучения (осветительных ракет, фар транспорта, пламени выстрела и т.д.). При попадании последних в угловое поле прибора может произойти «выгорание» фотокатода и экрана ЭОП или временное ослепление наблюдателя. Поэтому в схему питания ЭОП вводится большое гасящее сопротивление, а в момент нажатия на спусковой крючок гранатомета срабатывает электромеханическая заслонка, которая перекрывает угловое поле прибора, защищая ЭОП от излучения пламени собственного выстрела гранатомета. Кроме того для защиты объектива от пороховых газов выстрела предусмотрено защитное стекло-14, а в процессе выверки прицела на оправу объектива одевается кольцо с двумя светофильтрами-15 и ирисовой диафрагмой-16. Степенью раскрытия последней оператор в зависимости от условий наблюдения может регулировать количество «света», поступающего в объектив.

Электрическая схема прицела служит для создания необходимого напряжения электропитания на ЭОП (порядка 38 кВ), в цепи электромеханической заслонки и лампе-6 подсветки прицельной сетки-8 посредством молочного стекла-7. Источником питания служит аккумуляторная батарея на 4 В.

Примером современных ПНВ, которые могут работать в зависимости от условий ночной освещенности наблюдаемых объектов пассивным или активным методом, является ночной визир «Зенит НВ-300», серийно выпускаемый КМЗ. Его принципиальная схема представлена на рис.3.4, где

Рис. 3.4 Функциональная схема активно-пассивного ПНВ (ночного визира «Зенит НВ-300»): ЦУ –светодиодный целеуказатель, ПН- преобразователь напряжения, ИЭП – источник электропитания.

1 -3-х линзовый объектив, 2-однокамерный ЭОП с многощелочным фотокатодом, 3-окуляр, 4-объектив целеуказателя, в задней фокальной плоскости которого располагается светящаяся площадка светодиода-5, излучающего в спектральной области 0.8 мкм. Электропитание светодиода и ЭОП осуществляется от двух 1.5 В батареек. Преобразователь напряжения -ПН выполнен в виде микросхемы совместно с ЭОП.

Основные параметры рассмотренных выше ПНВ приведены в таблице.

Параметр ПНВ	(градусы)	(крат)	(угл. сек.)	(метры)
СПН-3		2.5
ПГН-1	5.7	3.4
Зенит НВ-300		2.6

Б. Практическая работа с приборами СПН-3 и «Зенит НВ-300».

Практическая работа с ПНВ сводится к:

1) демонстрации функционирования приборов в условиях, приближенных к реальным;

2) измерению их углового разрешения в процессе наблюдения набора штриховых «мир» с известным пространственным периодом и известного расстояния при различных освещенностях последних (см. рис.3.5).

Рис. 3.5 Схема измерения углового разрешения ПНВ при различных значениях освещенности - пространственной миры.

Согласно рисунку разрешающая способность прибора в угловых минутах рассчитывается как ,

где пространственный период еще наблюдаемой миры при заданной ее освещенности . Последняя изменяется соответствующим изменением напряжения питания подсвечивающих «миру» электроламп. По усредненным результатам наблюдений «миры» несколькими операторами для пассивного режима работы визира строится график зависимости от освещенности миры (см. рис. 3.6).

Рис. 3.6 Характер зависимости разрешающей способности – РС и углового

разрешения - от освещенности миры.

Контрольные вопросы.

1. Укажите особенности работы и основные различия пассивных, активных и пассивно-активных ПНВ.

2. Какие функции в общем случае выполняет электронно-оптический преобразователь (ЭОП) в составе приемной системы ПНВ?

3. По какой схеме строят оптический генератор (ИК прожектор или светодиодный целеуказатель) для подсветки цели в активных ПНВ и какими основными параметрами определяется эффективность его работы?

4. Назовите основные функциональные элементы приемной системы ПНВ. Какие параметры определяют эффективность ее работы?

5. Укажите назначение, состав, особенности работы и технического исполнения блока электропитания ПНВ?

6. В каком спектральном диапазоне работают активные и пассивные ПНВ и чем они формируются?

7. От каких параметров приемной системы ПНВ зависит ее угловая разрешающая способность, как она может быть теоретически рассчитана и практически измерена?

8. Что предусматривается для защиты приемной системы ПНВ от интенсивных световых помех?

9. От чего зависит дальность видения, обеспечиваемая ПНВ, и что необходимо предпринять на этапе разработки прибора для ее увеличения?

Рекомендуемая литература:

1. Тарасов А.В., Якушенков Ю.Г. ИК системы смотрящего типа. М.: Дрофа, 2004.

2. Волков В.Г., Гейхман И.Л. Основы улучшения видимости в сложных условиях. М.: наука, 2000.

3. Орлов В.А., Петров В.И. Приборы наблюдения ночью и при ограниченной видимости. М.: Воениздат, 1989.