CC BY
150
УДК 681.7.014 Н.Н. Мордвин
ФГУП «ЦКБ Точприбор», Новосибирск
ПОДАВЛЕНИЕ РАБОТЫ ТЕПЛОВИЗИОННЫХ СИСТЕМ ДЛИННОВОЛНОВОГО ДИАПАЗОНА НА ОСНОВЕ НЕОХЛАЖДАЕМОЙ МИКРОБОЛОМЕТРИЧЕСКОЙ МАТРИЦЫ
В статье приведены результаты экспериментов по подавлению работы тепловизионных приборов на основе микроболометрической матрицы. На основе результатов эксперимента прогнозируется возможность подавления работы тепловизионных систем на дистанциях сопоставимых с дальностью их действия.
N.N. Mordvin
Federal State Unitary Enterprise «The central design office of precision instruments», Novosibirsk
THE WORK SUPPRESSION OF INFRARED LONG WAVE SYSTEMS ON A BASIS OF UNCOOLED MICROBOLOMETER DETECTOR
The results of experiments for work suppression of infrared long wave systems on a basis of uncooled microbolometer detector are presented. On a basis of experimental results the possibility a work suppression of infrared long wave systems on distances equal ones working is predicted.
В настоящее время тепловизионные средства диапазона 8-12 мкм получают массовое распространение в военной сфере применения. На базе тепловизионных средств разрабатываются приборы наблюдения и разведки, прицельные системы для стрелкового оружия, бронетанковой техники, авиационной и прочей техники. Задача противодействия подобным системам является актуальной.
Цели проведения экспериментов по подавлению тепловизионных систем (ТПС):
- Определение минимальной энергии излучения лазера достаточной для постановки оптической помехи, препятствующей работе ТПС;
- Определение минимальной энергии излучения лазера приводящей к насыщению и временному прекращению работы ТПС;
- Определение минимальной энергии излучения лазера приводящей к необратимой деградации материала элементов ТПС и выхода их из строя.
Схема эксперимента показана на рис. 1.
Для проведения эксперимента использовалось следующее оборудование:
- Излучатель малогабаритного импульсно-периодического волноводного С02-лазера с ВЧ возбуждением;
- ВЧ генератор для накачки малогабаритного волноводного СО2-лазера с вентилятором;
- Тепловизионный прибор на основе неохлаждаемой микроболометрической матрицы;
- Видеосмотровое устройство;
- Комплект пленочных светофильтров.
Рис. 1. Схема эксперимента Технические характеристики излучателя представлены в табл. 1.
Таблица 1
Длина волны, мкм 10,6
Расходимость излучения, мрад 12
Мощность в импульсе, Вт до 10*
Средняя мощность, Вт до 1
Частота повторения импульсов, Гц до 5 000
Допустимая скважность 5
Длительность импульса, мкс 3(Н300
*Измерение мощности излучения производилось с помощью ИМО-2Н.
Технические характеристики тепловизионного прибора представлены в табл. 2.
Таблица 2
Удельная обнаружительная способность, см*Гц0,5*Вт-1 0 * 5
Диаметр объектива, мм 50
Частота кадров, Гц 30
Фокусное расстояние, мм 50
В процессе эксперимента излучение СО2-лазера фокусировалось на участке фотоприемной матрицы площадью приблизительно в 300 элементов.
При работе системы на реальных дальностях (свыше 200-^300 м) вся энергия излучения, как правило, попадает на один элемент матрицы, это связано с тем, что на таких дальностях источник лазерного излучения для ТПС является «точечным». Пороговое значение мощности излучения, определяемое в эксперименте, делилось на число облученных пикселей.
Излучение лазера ослаблялось комплектом светофильтров на основе полиэтиленовых. Уменьшением числа слоев пленки постепенно повышалась мощность излучения, воздействующего на матрицу.
Комплект светофильтров предназначен для регулирования коэффициента пропускания оптической системы приемного канала макета и представляет собой набор пленок одинаковой толщины и коэффициента пропускания. Спектр пропускания фильтров из 2, 4 и 6 слоев пленки в спектральном диапазоне 8-14 мкм представлен на рис. 2. Из рис. 2 определяем коэффициент пропускания одной пленки Т-88%. Таким образом во время исследований, коэффициент пропускания светофильтра менялся по закономерности, указанной на рис. 3.
88.7 а
85 /
80 /
7< 6 РПм
70 ] Л / - * 1 <4
65 7 I ’ ’
60 / в '/ 1
55 ] /
50 ] \ У 1 1 М
45 1 1 А тутг / у
%Т 40 _ А 1 \| 1 Гмч
35 . /\ I г гт I
30 ^ 1 ' Л тп Л
25. :! /1 ! ! } 1 7 V
70 1! Г Тттр
1 С 1 п 1 /
1 ? г Ч и—
10 с 1/1
V1 VI л
-18 17 334 |500 1500 1400 1300 1200 1100 1000 сгп-1 ■«маш | г 900 800 700 57 0 0
Рис. 2. Спектр пропускания светофильтра из 2(а), 4(б) и 6(в) слоев пленки
0 10 20 30 40 50 60
Количество пленок
Рис. 3. Зависимость коэффициента пропускания светофильтра на длине волны 10,6 мкм в зависимости от количества пленок
В результате эксперимента было установлено:
п
- При средней мощности излучения на элементе МФПУ Рср=2,7-10‘ Вт происходит насыщение элементов МФПУ, растекание заряда в соседние ячейки (яркое пятно), а также появление хаотичного шума во всей области фотоприемной матрицы (хаотичное свечение отдельных пикселей), таким образом имеющая место в данном случае оптическая помеха препятствует работе ТПС;
- При пиковой мощности излучения на элементе Рпик= 0,53-10'5 Вт происходит насыщение и временная деактивация элементов (черные пиксели на фоне), при этом эффект проявляется сразу при достижении пороговой энергии и практически не зависит от времени воздействия излучения. При срабатывании «шторки» системы коррекции и компенсации неоднородности, входящей в состав фотоприемного модуля, отключившиеся элементы восстанавливаются;
- При ПИКОВОЙ МОЩНОСТИ излучения на элементе Рпик= 1,6-10'5 Вт и воздействии продолжительностью более 3 секунд наблюдаются необратимые повреждения выражающиеся в виде возникновения «белых» «выгоревших» пикселей (рис. 4). Кратковременное же воздействие излучения вызывает уже знакомую дезактивацию элементов - при проведении лазерного луча по диагонали матрицы остается характерная черная линия. При этом срабатывание системы коррекции и компенсации неоднородности не устраняет ни первый, ни второй вид повреждений - выгоревшие «белые» пиксели не исчезают, а черная полоса проявляется через 10 с, вследствие этого происходит повторное срабатывание шторки через 30 с. Эффект «черной полосы» исчез по истечению суток, а система коррекции и компенсации неоднородности восстановила свой обычный режим работы, при этом выгоревшие элементы (2 элемента) не восстановились.
Мощность излучения средняя, Вт
Определенные в процессе
экспериментов пороговые
значения мощностей
воздействующего излучения
позволили построить
зависимости пороговых
мощностей излучения для постановки помех,
дезактивации и выведения
элементов фотоприемной
матрицы из строя от дальности.
Расчет проводился для ТПС с диаметром объектива 90 мм с учетом пропускания атмосферы при МДВ 5 км.
На рис. 5 показана зависимость пороговой
мощности излучения для постановки оптической помехи при средней мощности излучения лазера до 10 Вт и расходимостью луча 2,5°.
Дальность до цели, м
Рис. 4. Изображение поля зрения с «выгоревшими» пикселями после воздействия лазерного излучения
Рис. 5. Зависимость пороговой мощности излучения для постановки оптической помехи. Средняя мощность излучения до 10 Вт, расходимость 2.5°
На рис. 6 показана зависимость пороговой мощности излучения «выжигания» и дезактивации элементов фотоприемной матрицы от дальности при импульсной мощности излучения лазера до 10 Вт.
Дальность до цели, м
Рисунок 6 - Зависимость пороговой мощности излучения для выжигания и дезактивации элементов фотоприемной матрицы от дальности. Импульсная
мощность излучения до 10 Вт.
Заключение
Расчетные зависимости демонстрируют достаточную эффективность, как постановки оптической помехи, так и выжигания ТПС на дальностях свыше 2 км в макетном образце и свыше 6 км в перспективе.
При подавлении ТПС противника, атакующая сторона может получить решающее преимущество. Подобные системы будут востребованы во всех родах войск, т.к. тепловизионные системы разведки, наблюдения и прицеливания находят все большее и большее применение.
© Н.Н. Мордвин, 2010
