Тепловизоры становятся меньше, а видят всё лучше
Новейшие разработки в области повышения характеристик, снижения размеров и энергопотребления тепловизоров предлагают беспрецедентные возможности не только боевым подразделениям, но также силам охраны правопорядка и коммерческим структурам, что прекрасно демонстрирует нам снимки, сделанные прибором производства компании FLIR Systems
Для того, чтобы соответствовать жестким боевым требованиям касательно обнаружения, распознавания и идентификации целей при любом освещении и в любую погоду, возможности средневолновых и длинноволновых инфракрасных устройств постоянно повышаются за счет улучшения их характеристик и снижения массогабаритных и энергопотребительских параметров.
Ключевыми параметрами высокоэффективных охлаждаемых и меньших по размерам неохлаждаемых систем являются чувствительность, разрешение и отношение сигнал-шум. Разработки в сфере визуализации в коротковолновой ИК-области (SWIR) электромагнитного диапазона (от 0,9 до 1,7 микрон), как ожидается, будут востребованы в широком спектре военных приложений восприятия и отображения изображений. Сбор и обобщение изображений от средств обнаружения стало доминирующей потребностью в боевых операциях, приведя к двухсенсорным устройствам для спешенных операций. Очки ночного видения i-Aware TM NVG (Tactical Mobility Night Vision Goggles) от компании ITT Exelis, которые объединяют усилитель яркости изображения с неохлаждаемым тепловизором, а также многочисленные оптико-электронные/инфракрасные системы для наземных и воздушных приложений являются в этом случае хорошим примером. В случае небольших дронов эти разработки также позволили перейти от односенсорных к двухсенсорным конфигурациям бортовой аппаратуры, тогда как развитие электроники систем обобщения данных бортовых сенсоров позволило повысить ситуационную осведомленность солдата за счет снижения времени необходимого для идентификации целей.
Третье и последнее поколение инфракрасных систем обеспечивает улучшенные возможности, к которым, например, относится большое число пикселей, высокая частота кадров, лучшее тепловое разрешение, а также многоцветная функциональность и встроенная обработка сигналов для цветных и нецветных матриц видеопреобразователей. В системах третьего поколения в настоящее время развиваются три технологии детекторов:
• теллурид кадмия и ртути (MCT — mercury-cadmium-telluride) известный также под аббревиатурой HgCdTe;
• инфракрасный фотодетектор на квантовых ямах — Quantum-Well Infrared Photodetector (QWIP);
• сверхрешетки (SLS) с напряженными слоями тип-II на основе антимонидов.
В настоящее время теллурид кадмия-ртути является самым распространенным полупроводниковым материалом для инфракрасных фотодетекторов и ожидается, что благодаря свойствам этого материала его возможности и область применения будут только расширяться.
Очень компактный QWIP-фотодетектор (матрица 384x288, шаг пикселя 25 мк, длинноволновая ИК-область спектра) производства компании Sofradir хорошо подходит для систем устанавливаемых на транспортные средства, например Catherine-XP TI от Thales. На снимке показан в стационарном варианте
Поскольку технология QWIP-фотодетектора находится на ранней стадии развития, относительно новая структура сверхрешетки с напряженными слоями тип-II на основе InAS/Galnsb (Indium Antimonide/Gallium Indium Antimonide — антимонид индия/антимонид галлия-индия) может вполне стать альтернативой технология MCT в длинноволновом спектре. В настоящее время микроболометрическая матрица на основе VOx (оксид ванадия) является самой распространенной технологией в неохлаждаемых детекторах. Их производятся больше, чем всех остальных инфракрасных матриц вместе взятых и, как ожидается, эта тенденция в ближайшем будущем будет только усиливаться. Между тем разработки тепловизионных камер продолжаются, например компания DRS работает над миниатюризацией длинноволновых (LWIR) камер по программе Aware (Advanced Wide-field-of-view Architecture for image Reconstruction and Exploitation — современная архитектура с широким полем зрения для восстановления и использования изображения), выданной Управлением перспективных исследований Министерства обороны США (Darpa). Эта программа была начата с целью увеличения поля зрения, разрешающей способности и дневных/ночных возможностей тепловизоров, имеющих сниженные массогабаритные и энергопотребительские характеристики и стоимость. Разработки и дальнейшее развитие тепловизоров работающих в коротковолновой ИК-области спектра способствуют дополнительной поддержке боевых операций. Тепловизоры этого типа предлагают несколько преимуществ, включая: операции при свете звезд (они могут получать адекватное количество света от слабых природных явлений известных как атмосферное ночное свечение), представление изображений приближенно к видимому спектру, обнаружение скрытых целей в темноте, проницаемость камуфляжа и, наконец, способность отображать маячки и лазеры, применяемые в очках ночного видения.
Американские поставщики
Компания Flir Systems
Компания Flir Systems производит различные модули и матрицы видеокамер для интеграции в более крупные системы. Портфолио длинноволновых сенсоров Flir недавно увеличилось с появ-лением неохлаждаемых матриц Quark и Tau 2. Неохлаждаемый микроболометр на оксиде ванадия Quark доступен с разрешениями матрицы видеопреобразователя 640x512 или 336x256 с шагом пикселей 17 микрон. Сообщается, что он является самым маленьким в мире и, как следствие, «непревзойденной» опцией для небольших дронов. Он имеет размеры 17 x 22 x 22 мм, массу от 18,3 до 28,8 грамм (в зависимости от линз) и энергопотребление менее одного ватта. Очень компактные размеры позволили датской компании Sky-Watch заменить в своем дроне Huginn Xl массой 1,5 кг один сенсор двумя. Теперь он способен задействовать одновременно тепловую Quark 640 и обычную камеру. Компания Aerovironment продолжает модернизировать сотни своих БПЛА Raven Mantis на базе Quark. Новая фирма Trillium начала выпуск универсального шарнира на базе матрицы Quark размером 6,35 см и массой 227 грамм.
Неохлаждаемый микроболометр Quark от Flir Systems считается самым маленьким в мире. Он доступен с разрешением матрицы видеопреобразователя 640 x 512 или 336 x 256 и шагом пикселей 17 микрон
Семейство матриц Tau 2 нового поколения неохлаждаемых тепловизоров идет с улучшенной электроникой в трех форматах (Tau 640x512, 336x256 и 324x256) с двумя шагами пикселей (17 микрон для 640/336 и 25 микрон для 324) для различных приложений, включая дистанционно управляемые машины, например канадский вертодрон Draganfly X6, БПЛА Desert Hawk III от Lockheed Martin и Puma от Aerovironment. Матрица Tau была использована в сотнях необслуживаемых наземных сенсоров ситуационной осведомленности, производимых компаниями NGC Xetron, L-3 Nova Engineering и Digital Force Technologies.
Презентация тепловизионной камеры FLIR H-Series Tactical Thermal Night Vision Camera с моими субтитрами
Среди средневолновых охлаждаемых камер компания Flir представляет камеру Photon HRC с одной из самых небольших матриц формата 640x512. Матрица на антимониде индия с шагом 15 микрон весит менее 454 грамм и применяется в самых разных приложениях. В том же диапазоне компания Flir предлагает еще несколько своих изделий. Это самая маленькая и легкая камера Neutrino на матрице антимонида индия 640x512, 15 микрон, а также семейства очень компактных MCT 640x512 детекторов на базе матриц µCore-275Z и Min-Core HRC с непрерывным оптическим увеличением, что исключает потребность в нескольких объективах, продвинутой обработке изображений и оптике с несколькими полями зрения. Сообщается, что базовая модель µCore-275Z имеет дальности обнаружения, распознавания и идентификации человека и машин соответственно 9,2, 2,9, 1,2 и 15,5, 6 и 3,3 км. И, наконец, компания Flir предлагает камеру Tau с матрицей на арсениде галлия 640x512 или 320x240 25 микрон. Оба варианта весят всего 130 грамм с объективом M24, что делает их идеальным выбором для небольших машин и приборов наблюдения на аккумуляторах.
Новое поколение Tau 2 Flir Systems семейства неохлаждаемых LWIR-тепловизоров отличается улучшенной электроникой и выпускается для различных приложений, включая малые дроны, например канадский Draganfly X6 и Desert Hawk III от Lockheed Martin (на рисунке)
RAYTHEON
Компания Raytheon, также являясь мировым лидером в области неохлаждаемых и охлаждаемых тепловизоров, предлагает широчайший ассортимент изделий для космических, морских, воздушных, наземных и спешенных приложений. Raytheon предлагает расширенный диапазон воздушных мультисенсорных комплектов, интегрируя средне- и длинноволновые охлаждаемые тепловизионные камеры в управляемые и дистанционно управляемые платформы.
С другой стороны, ее технология неохлаждаемого детектора в основном предназначена для наземных приложений; прочные и чрезвычайно легкие бинокли и тепловизионные прицелы PhantomIRxr захватывают цели днем и ночью, в дыму и тумане. Гусеничные и колесные машины, оборудованные усилителем зрения водителя DVE от Raytheon, не теряют маневренных качеств ни днем, ни ночью, включая полноценную мобильность в туман и дымку. Raytheon предлагает неохлаждаемую длинноволновую Vox матрицу в формате 320x240 и 640x480 с шагом 25 микрон, тогда как коротковолновой ИК-области спектра она предлагает неохлаждаемые матрицы форматов 640x512, 1280x1024 и 1920x512 с шагом пикселей 20 микрон.
L3
На выставке беспилотных систем AUVSI компания L3 Cincinnati Electronics показала свою новую средневолновую систему Night Warrior µCam 640, который по данным компании является одним из самых маленьких охлаждаемых тепловизоров. Этот тепловизор базируется на матрице 640x512 с шагом 15 микрон и технологиях высокотемпературного режима работы HOT (High Operating Temperature). Он работает при более высоких температурах по сравнению с изделиями на основе антимонида индия, формируя изображение наивысшего качества сравнимое с системами на базе неохлаждаемых тепловизоров. При весе менее 500 грамм и потреблении 6 Вт, NightWarrior 640 имеет размеры батарейку C (также обозначение R14, 343, Baby), что позволяет добавить его к системам, которые прежде могли использовать только неохлаждаемые устройства. Инженеры L-3 CE создали NightWarrior 640 для простой интеграции в различные приложения, от ручных прибо-ров до дистанционно управляемых боевых модулей. Компания L3 CE рассматривает различные опции оптических устройств, включая средние 250-мм объективы.
Компания BAE
На той же выставке компания BAE Systems показала то, что она называет самой маленькой (массой всего 144 грамма) мультиспектральной камерой, предназначенной для установки на небольшие дроны. Компания также представила систему с собственной обработкой сенсорных данных и их объединения с целью улучшения ситуационной осведомленности солдата за счет сокращения времени идентификации целей. Благодаря новой системе цифрового объединения данных сенсоров Digitally Fused Sensor System (DFSS), инновационный сенсор объединяет изображение от высокочувствительной камеры ночного видения и изображение от неохлаждаемого длинноволнового тепловизора (поставляемого BAE Systems для прицелов систем вооружения) на едином дисплее, что позволяет солдатам в предельно сжатые сроки интуитивно оценивать сцену при помощи дистанционно управляемого аппарата. По данным компании BAE Systems, при использовании подобной технологии слияния изображений солдатам не нужно переключаться туда сюда между дневными и инфракрасными камерами. Комплект мультиспектральных сенсоров был показан на дроне с четырьмя несущими винтами Air Robot AR-100B. Система сама настраивается к внешним условиям каждой задачи, поэтому оператору перед запуском нет необходимости выбирать между дневным или инфракрасным сенсором. Компания BAE Systems изучает возможность использования полноцветной камеры ночного видения вдобавок к лазерному указателю и неохлаждаемому тепловизору. Эта система тестируется Командованием сил специальных операций США. Рассматривается также возможность получения цифрового сведения изображений на дальностях до 3500 метров.
Инновационный сенсор объединяет изображение от высокочувствительной камеры ночного видения и изображение от неохлаждаемого длинноволнового тепловизора (поставляемого BAE Systems для прицелов систем вооружения) в единое изображение благодаря новой цифровой системе слияния изображений Digitally Fused Sensor System (DFSS)
Тепловизионные камеры SWIR и LWIR типов от UTC Sensors Unlimited используются дочерней компанией Cloud Cap Technology для создания семейства оптико-электронных станций Tase, включая Tase 150 для небольших дронов
Компания UTC
Компания UTC Aerospace Systems — Sensors Unlimited предлагает полную линейку продуктов для восприятия изображения в диапазоне SWIR (дальняя [коротковолновая] ИК-область спектра). В прошлом апреле компания Sensors Unlimited представила SWIR-камеру нового поколения на арсениде индия и галлия, имеющую сниженные массогабаритные и энергопотребительские характеристики и высокую чувствительность за счет матрицы 640x512 пикселей с шагом пикселя 12,5 микрон, использующую патентованные алгоритмы улучшения изображения.
Эта камера массой менее 55 грамм и энергопотреблением до 3 Вт обеспечивает в реальном времени изображение при различных условиях освещения (от дневного света до низкого освеще-ния), тепловизионное изображение, способное «видеть» сквозь туман, дымку и дымовую завесу, а также лазерное целеуказание. В апреле 2012 года Sensors Unlimited представила новую неохлаж-даемую камеру GA640C-15 A «Cubic Inch», имеющую разрешение 640x512 пикселей с шагом 15 микрон. При массе менее 26 грамм без объектива и энергопотреблением всего 1,5 Вт он является идеальным кандидатом для интеграции в решения, предназначенные для спешенного солдата. Коротко- и длинноволновые тепловизионные камеры используются дочерней компанией Cloud Cap Technology для создания семейства оптико-электронных станций Tase, включая Tase 150 для небольших дронов.
Самая маленькая из семейства микростанций, предлагаемого компанией UTC Cloud Cap Technology, включает 900-граммовую Tase 150, в состав которой входит полнокадровый формирователь изображения 640x480 с двумя режимами (усиление изображения и тепловизор), миниатюрная система GPS/INS и соответствующими интерфейсами
Компания DRS
DRS Technologies является ведущим производителем неохлаждаемых камер на микроболометре на оксиде ванадия (Vox) и охлаждаемых камер на теллуриде кадмия и ртути (MCT). Она стала первой компанией, предложившей неохлаждаемые видеоустройства с шагом 17 микрон и совсем недавно MCT-тепловизоры с шагом 12 микрон. DRS Technologies является основным поставщиком для американской армии и многих производителей дронов. Сверхкомпактное устройство Tamarisk 320 имеет небольшой вес (30 грамм), низкое энергопотребление (750 милливатт). Его ядром является микроболометр VOx 320x240 с шагом 17 микрон и неохлаждаемая технология в ближней ИК-области спектра. Оно предлагается либо как отдельная камера, либо как конфигурируемый модуль с различными объективами и частотой кадров. В феврале 2013 года компания DRS Technologies представила вариант Tamarisk TI 640x480, который обеспечивает превосходное качество при небольших размерах (46x40x31 мм без оптики), малом весе (<60 грамм) и низком энергопотреблении (<1,5 Вт). Семейство устройств Tamarisk широко используется не только в транспортных средствах, БПЛА, но и как часть снаряжения спешенных солдат. Модель 640 из это-го семейства устанавливается на дрон Falcon.
Европа и остальной мир
Компания SOFRADIR
Sofradir является одним из мировых лидеров в технологиях на основе теллурида кадмия и ртути. С приобретением оборудования и технологических разработок по антимониду индия у Sagem, технологий QWIP (инфракрасный фотодетектор на квантовых ямах) и матриц на арсениде индия и галлия у Thales по соглашению, подписанному в декабре 2012 года, компания Sofradir усилила свои лидирующие позиции на рынке в Европе и во всем мире в качестве поставщика полной линейки охлаждаемых и неохлаждаемых технологий и продуктов. Неохлаждаемые изделия входят в сферу ответственности ее дочерней компании Ulis.
Эта французская промышленная группа предлагает новый неохлаждаемый детектор (42x30x9 мм) на основе матрицы InGaAs (640x512, 15 микрон, SWIR), получивший название Snake. Он имеет высокую чувствительность и разрешающую способность, хорошо подходит для самых разных приложений, например ручных и возимых приборов ночного видения и бортовых оптико-электронных станций.
Очень компактный QWIP-фотодетектор (384x288, 25 микрон, LWIR) хорошо подходят для систем, устанавливаемых на транспортные средства, например Thales Catherine-XP TI, тогда как длинноволновой тепловизор Scorpio является новейшим дополнением к широко распространенному семейству (640x512, 15 микрон). Это семейство обеспечивает для наземных приложений такие необходимые качества, как высокая чувствительность, высокое разрешение и увеличенная дальность действия.
Инфракрасные детекторы компании Sofradir применяются в самых разных уже проверенных приложениях, включая ракету MBDA Storm Shadow/SCALP EG, контейнеры целеуказания Thales Damocles и навигации Navflir , ручные Thales Sophie и устанавливаемые на транспортные средства тепловизоры Catherine, и тепловизоры Sagem Iris и Sada II (для американских бронированных машин).
Компания работает над новыми детекторами с целью внедрения инноваций, повышения возможностей и компактности своих изделий. К последним продуктам относятся e-APD (лавинный фотодиод), двухдиапазонные видеопреобразователи с очень низким эквивалентным шумом разности температур (NETD) и другие новые приложения. Главное направление развития в компании Sofradir — это дальнейшее уменьшение размера минимального элемента изображения, что позволит увеличить число пикселей в одном детекторе и сохранить общие размеры системы. В этой связи компанией уже был продемонстрирована матрица с шагом 10 микрон. Sofradir также изучает возможность повышения рабочих температур до 150K для того, чтобы предложить меньшие, более легкие и надежные охлаждаемые матрицы для создания изделий с низкими массогабаритными и энергопотребительскими характеристиками.
CASSIDIAN
Компания Cassidian Optronics предлагает охлаждаемые и неохлаждаемые тепловизоры как часть семейства Attica (Advanced Thermal imagers with Two-dimensional IR CMOS Array — продвинутые тепловизоры с двумерной ИК КМОП-матрицей), в которых применяется современная технология для средне- и длинноволновых ядер. Они могут устанавливаться на треноге и в транспортные средства, тогда как миниатюрная неохлаждаемая тепловизионная LWIR-камера предпочтительна для ручных устройств. Компания Cassidian Optronics предлагает свои изделия для различных приложений, включая системы наблюдения для воздушных систем Goshawk-II HD/HDT.
Компания AIM
Компанией Aim Infrarot-Module (Aim) в равных долях владеют Diehl BGT Defence и Rheinmetall, она поставляет ядра и модули для всего спектрального диапазона от 1 до 15 микрон на базе инфракрасных детекторов MCT и Type II с суперрешеткой (InAs/GaSb). Сегодня Aim предлагает тепловизоры HiPIR-640 (MWIR или LWIR, 3rd Gen, 640x512, 15 микрон шаг пикселя) на основе теллурида кадмия и ртути, при этом детекторы типа MWIR работают при температурах выше 120K. В портфолио Aim входят тепловизоры серии µСАМ-640 (охлаждаемые MWIR на основе MCT и неохлаждаемые LWIR) для дронов Luna и Aladin, а также тепловизионный прицел HuntIR/RangIR для немецкой армии. Двухцветные устройства MWIR/MWIR с криогенной машиной на базе суперрешетки Type II дают прорывные решения для систем предупреждения о ракетном нападении, в то время как разрабатывается двухдиапазонная матрица 640x512 MWIR/LWIR с криогенной машины для камеры следующего поколения.
Сенсоры от Sofradir используются для самых различных проверенных технологий, которые включают ракету MBDA Storm Shadow/Scalp EG, контейнеры целеуказания и навигации Damocles и Navflir от Thales, камеры Catherine и Iris и семейство ручных систем Thales Sophie (на фото)
Детектор Scorpio LW — новейший член семейства формата 640x512, 15 микрон
THERMOTEKNIX
Британская компания Thermoteknix Systems предлагает семейство видеопреобразователей Miricle с беззатворной технологией XTI. В него входит ультракомпактная неохлаждаемая модель 110KS без движущихся частей (без затвора), тогда как бельгийская Xenics Infrared Solutions предлагает семейство камер с высоким разрешением на базе так называемого «Xenics Core». Постро-енные на общей платформе (SWIR и MWIR FGA), камера Xenics SWIR XSW-640 и камера LWIR XTM-640 весят менее 100 грамм и потребляют менее 2 Вт. Они легко комбинируются, соответствующие изображения, полученные при любой погоде и при любом освещении, накладываются и сливаются в сложное спектральное изображение с повышенным информационным наполнением.
Оптико-электронная станция M-STAMP из семейства Controp Stamp весит всего 1,2 кг. Она включает дневную камеру с увеличением и неохлаждаемую тепловизионную камеру. Она хорошо подходит для легких дронов, например Elbit Systems Skylark-I и Aeronautics Orbiter (на фото)
Компания ASELSAN
С целью удовлетворения национальных и международных потребностей компания Aselsan разработала семейство станций для крупных и малых дронов с двухосной стабилизацией универсального шарнира, которые имеют в своем составе лазерный указатель и один сенсор — это либо дневная цветная камера, либо ночная неохлаждаемая инфракрасная камера. Вариант с инфракрасной камерой был показан на выставке IDEF 2013 на минидронах и винтокрылых аппаратах ARI-1T.
Вооруженные силы, а позднее и экспортные потребности, заставили израильскую промышленность развить свои национальные возможности в этом секторе. Компанией Opgal Optronic Industries в равных долях владеют Rafael и Elbit Systems, она предлагает широкий выбор ультракомпактных, маломощных тепловизионных матриц, которые служат в качестве основы тепловизионных систем, производящихся как в Израиле, так и за рубежом. Тепловизионные матрицы Opgal с поддержкой фотодетекторов на базе VOx и ASi идеальны для спешенных, наземных и воздушных приложений. Также стоит упомянуть компанию Semiconductor Devices (SCD) — совместное предприятие между Elbit Systems и Rafael. Она разрабатывает и производит полный спектр инфракрасных детекторов на основе технологий InSb, MCT и VOx и является крупнейшим поставщиком в мире 2D-матриц на основе антимонида индия.
Компания Controp недавно показала свой станцию T-Stamp массой 3 кг, в которой размещаются дневная камера, ночная камера и лазерный указатель. Тепловизионная камера ор доступна в охлаждаемом или неохлаждаемом варианте, но в обоих вариантах используется уникальная технология объектива с непрерывным оптическим увеличением
Компания CONTROP
Специализированная компания Controp, которой владеют Rafael и производитель БПЛА Aeronautics, является мировым лидером в области бортовой аппаратуры для легких дронов, хотя также производит изделия для наземных, воздушных и морских платформ. Самый маленький член семейства Stamp M-Stamp весит всего 1,2 кг с дневной камерой и неохлаждаемой тепловизионной камерой и хорошо подходит для установки на такие дроны, как, например Skylark-I от Elbit и Orbiter от Aeronautics и различные системы Bluebird Aero Systems.
Представление дрона Skylark-I-LE от компании Elbit
В июне 2013 года компания Controp представила трехсенсорную, полностью стабилизированную оптико-электронную станцию T-stamp массой менее 3 кг, в состав которой входят дневная и ночная камера и лазерный указатель. Тепловизионная камера может быть охлаждаемой или неохлаждаемой, плюс, как и большинство тепловизионных камер Controp, эти варианты имеют уникальный объектив с непрерывным оптическим увеличением. Компания также поставляет семейство камер FOX с объективами с увеличением x22, x36, x55, которые включают матрицы 3-го поколения в средневолновом спектре 320x258 или 640x512, а также неохлаждаемые длинноволновые детекторы с патентованными объективами с непрерывным оптическим увеличением.
Источники информации:
Armada International October/November 2013
http://www.flir.com/us
Информация