سیستم های دید در شب بر روی وسایل نقلیه سالهاست که وجود دارد و امروزه متداول شده است ، اما تغییرات قابل توجهی در پیش است.
به عنوان مثال ، تقاضا برای دوربین های شب با وضوح بالاتر افزایش یافته است. سخنگوی شرکت گیرنده مادون قرمز فرانسه Sofradir گفت که این امر می تواند با افزایش تعداد پیکسل ها و کاهش گام پیکسل در حالی که اندازه ماتریس را حفظ می کند ، به منظور ارائه وزن و مصرف انرژی کم دستگاه باشد.
"با کاهش سطح پیکسل ، حساسیت آشکارساز را افزایش می دهید ، زیرا با کاهش ضخامت پیکسل ، هر پیکسل قدرت سیگنال کمتری دارد و بنابراین ما حساسیت دستگاه را افزایش می دهیم. در دوربین های نسل فعلی ، استاندارد VGA 640x512 است ، اما امروزه این روند به عنوان مثال با افزایش 12 میکرون به سمت SVGA 1280x1024 حرکت می کند. سیستم ها به این سمت حرکت خواهند کرد و این در حال حاضر در حال رخ دادن است."
- او توضیح داد.
برای اینکه این دوربین ها در بهترین حالت خود عمل کنند ، باید به درستی تثبیت شوند ، زیرا خودروهای زرهی در زمین های ناهموار و زمین های بسیار دشوار کار می کنند. به گفته نماینده Controp Precision Technologies ، اگر سیستم به اندازه کافی تثبیت نشده باشد ، "در آن صورت کیفیت غیرقابل قبول خواهد بود و محدوده دستگاه به شدت کاهش می یابد."
سخنگوی سفرادیر گفت:
"در سالهای اخیر ، ما شاهد اهمیت وزن ، اندازه و مصرف برق هستیم که نشان دهنده تقاضا برای سیستم های کوچک و سبک وزن با قابلیت های بهبود یافته ، مانند سیستم های SIGHT ما است. چندین نوع دوربین وجود دارد: دوربین های حرارتی خنک نشده ، که دید نزدیک را ارائه می دهند و معمولاً تثبیت نمی شوند ، و دوربین های حرارتی سرد شده ، که معمولاً تثبیت می شوند ، در سطح بالاتری و البته گران تر هستند."
برجسته کردن مشکلات
به طور سنتی ، سیستم های دید در شب به دو منظور اصلی مورد استفاده قرار گرفته اند. در مرحله اول ، دستگاه های دید در شب راننده به او اجازه می دهد تا سطح کنترل محیط اطراف خودرو را برای مانور ایمن و بدون مشکل افزایش دهد. ثانیاً ، سیستم های مشاهده وجود دارد که توسط تیراندازان برای شناسایی و هدف قرار دادن اهداف احتمالی مورد استفاده قرار می گیرد.
سیستم های مادون قرمز برای رانندگان و افزایش آگاهی از موقعیت ، معمولاً دوربین های تصویربرداری حرارتی خنک نشده هستند که دارای میدان دید وسیع تری در فاصله نزدیک هستند تا حداکثر دید را داشته باشند ، در حالی که محدوده برای تیراندازان ، به ویژه برای سلاح های با کالیبر بزرگ ، برای مثال است. ، اسلحه تانک 120 میلی متری ، مجهز به دوربین های تصویربرداری حرارتی دوربرد سرد شده. دومی دارای میدان دید باریک تری برای تمرکز بر روی یک هدف خاص هستند.
دوربین های حرارتی رایج ترین در ارتش های مدرن هستند ، زیرا پیشرفته تر از دوربین هایی با شدت تصویر (تقویت کننده تصویر) هستند که در مراحل کمتر از 1 میکرون عمل می کنند و برای عملکرد آنها نیاز به انتشار فعال نور در طیف ناحیه مادون قرمز نزدیک دارد. برای دیدن در تاریکیدر این حالت ، نور مادون قرمز نامرئی با چشم غیر مسلح می تواند توسط دستگاه های دشمن تشخیص داده شود ، که می تواند عواقب جدی به دنبال داشته باشد.
به گفته کالین هورنر از لئوناردو ، دوربین های تقویت کننده تصویر همیشه در جوامعی که تمایل به روشنایی دارند مشکل ساز هستند.
"این سنسورها تمایل دارند تصویر در نظر گرفته شده برای فرمانده و راننده را مخدوش و محو کنند. در حالی که فناوری بهبود تصویر در حال پیشرفت است و برای خودروهای بدون رزمایش ترجیح داده می شود ، عیب این است که چنین دوربین هایی هنوز به نور پس زمینه احتیاج دارند."
"اگرچه آنها واقعاً می توانند در کمترین نور کار کنند ، به عنوان مثال ، در نور ماه یا ستاره ها ، در تاریکی مطلق ، دوربین هایی با لوله های تقویت کننده تصویر به سادگی کار نمی کنند. برای بهبود آگاهی از موقعیت ، اپراتورها از نورهای مادون قرمز برای روشنایی محلی اطراف دستگاه و تکیه بر نور طبیعی استفاده می کنند."
- هورنر توضیح داد.
وی افزود: مشکلات دیگری در مورد دوربین های تقویت کننده تصویر در خودروهای مجهز به شیشه ضد گلوله وجود دارد ، زیرا آنها بر درک راننده از مسافت تأثیر منفی می گذارند. به همین دلیل ارتش های مدرن ترجیح می دهند از سیستم های مادون قرمز منفعل استفاده کنند.
علاوه بر این ، تمایل به افزایش قابلیت دید در شب وسایل نقلیه سایر رده ها وجود دارد ، که لازم است سیستم های مشابه را روی آنها روی سکوهای رزمی نصب کنید. "این واقعاً سطح مالکیت و امنیت را افزایش می دهد."
"به عنوان یک قاعده ، خودروهای رزمی زرهی بزرگتر مجهز به سیستم های مادون قرمز غیرفعال (بدون نور) با عملکرد بسیار بالا بودند ، اما آنها به تنهایی در ستون ها کار نمی کنند. آنها توسط وسایل نقلیه دیگر مانند حمل و نقل پرسنل ، آمبولانس ها و خودروهای مهندسی پشتیبانی می شوند ، اما این خودروها این عیب را دارند که از قابلیت دید در شب با وسایل نقلیه رزمی برخوردار نیستند و بنابراین نمی توانند در شرایط یکسان کار کنند. بنابراین اکنون ما روندی را برای تجهیز وسایل نقلیه پشتیبانی به سیستم های دید در شب مشاهده می کنیم که بدتر از سکوهای رزمی نیستند ، در نتیجه آنها می توانند بدون خطر اضافی در کنار یکدیگر کار کنند."
روند دیگر این است که دوربین های بیشتری را به دستگاه ها اضافه کنید تا نمای همه جانبه ای داشته باشید. پیش از این ، ارتش فقط نگران ارائه تجهیزات دید در شب به راننده فقط برای رانندگی بود. با وجود تعداد زیادی دوربین که دید 360 درجه را ارائه می دهند ، تهدیدها از هر جهت قابل مشاهده هستند و مهمتر از نظر امنیت ، چشم اندازی به طرفین و عقب وجود دارد ، بنابراین ، امنیت عملیات در مناطق شهری افزایش می یابد.
لئوناردو دوربین DNVS 4 را ارائه می دهد که به شما امکان می دهد در فواصل 20 تا 30 متری دید همه جانبه داشته باشید. هورنر گفت که این سیستم همچنین مجهز به دوربین رنگی روز است تا این دو فناوری را در یک راه حل ترکیب کرده و در نتیجه وزن ، اندازه و مصرف برق را کاهش دهد. وی افزود که تغییر از معماری باز آنالوگ به دیجیتال نیز وجود دارد. "این بدان معناست که ما سیگنال دوربین را دیجیتالی کرده و آن را به صورت دیجیتالی روی صفحه نمایش می دهیم ، که وضوح تصویر را تا حد زیادی بهبود می بخشد و هرگونه تداخل خود دستگاه را از بین می برد."
تصویر به اعداد
توسعه فناوری دیجیتال به اپراتورها اجازه می دهد تا از صفحه های چند منظوره با نقشه ، وضعیت اسلحه و اطلاعات مربوط به تعمیر و نگهداری خودرو و همچنین مشاهده چندین تصویر به طور همزمان مانند نمای رو به جلو ، جانبی و عقب استفاده کنند. این بسیار متنوع تر از استفاده از دوربین کم نور یا سیستم آنالوگ است که به شما امکان می دهد تنها یک دوربین و تنها یک صفحه نمایش را مشاهده کنید.
بیشتر دوربین های نظارتی از نوع خنک نشده هستند و مانند چشم انسان دارای میدان دید وسیعی در حدود 50 درجه و برخی نزدیک به 90 درجه هستند. یورگن لوندبرگ از سیستم های FLIR گفت که دوربین های دیگر باید در پیکربندی های مختلف نصب شوند تا پوشش کامل 360 درجه به دست آید. برخی از طرح ها برای قرار دادن چندین دوربین با میدان دید 55 درجه ، در حالی که سایر طرح ها نصب چهار دوربین در 90 درجه یا حتی فقط دو دوربین در 180 درجه را برای ایجاد یک پانوراما ارائه می دهند. اول از همه ، این امر ضروری است تا ماشین بتواند آزادانه بدون چراغهای جلو در طول تمرینات شبانه و عملیات رزمی مانور دهد ، زیرا راننده کنترل کامل محیط را دارد.
لوندبرگ گفت: "همه اینها به منظور اطلاع راننده یا خدمه از آنچه در نزدیکی خودرو در فاصله 20 تا 100 متری اتفاق می افتد و نه بیشتر ، از آنجایی است که امروزه این فناوری نمی تواند تصاویر با وضوح بالا را در مسافت های طولانی ارائه دهد." "اگرچه خدمه خودرو مطمئناً دوست دارند تصویری با وضوح بالا از کل محیط در اختیار داشته باشند ، اما بین تکنولوژی امروز و بودجه امروز تعادل وجود دارد. همچنین محدودیت هایی در تعداد و قابلیت نمایش خدمه در داخل خودرو وجود دارد."
به عنوان مثال ، ارائه حجم زیادی از اطلاعات حسی موجود ، چالش برانگیز است. برای اینکه همه چیز در یک توده مخلوط نشود ، اعضای خدمه ، به عنوان مثال راننده ، فرمانده و تفنگچی ، باید به صفحه هایی دسترسی داشته باشند که اطلاعات خاصی را که برای هر یک از آنها در نظر گرفته شده است نمایش دهند تا با سایر کاربران تداخل نداشته باشد. فرودگاه همچنین ممکن است دارای صفحه ای در عقب خودرو باشد که قبل از پیاده شدن اطلاعات مربوط به محیط را نمایش می دهد. فرمانده می تواند مانند سایر خدمه دارای صفحه نمایش باشد ، اما با عملکرد بیشتر ، به عنوان مثال ، با قابلیت نمایش تصمیمات مربوط به کنترل رزمی و اطلاعات مربوط به سلاح ها.
بسیاری از سنسورهای مختلف در حال حاضر در خودروهای زرهی نصب شده اند و سیستم های دید در شب باید در این فضای محدود جایی برای خود پیدا کنند. فضای کمی در دستگاه موجود است تا نمایشگرهای بیشتری را در خود جای دهد و بنابراین توزیع اطلاعات حسگرها و دوربین ها در سراسر دستگاه چالش برانگیز است.
سیستم های دید در شب برای اسلحه های اصلی AFV در کنار هم قرار گرفته یا در دید تفنگچی قرار می گیرند که معمولاً در وسیله نقلیه کنار اسلحه نصب می شود. این تسلیحات می تواند یک توپ تانک کالیبر بزرگ 120 میلیمتری ، توپ های کالیبر متوسط (20 میلی متر 30 میلی متر یا 40 میلی متر) یا حتی مسلسل های کالیبر 7 ، 62 میلی متر یا 12 ، 7 میلی متر در یک ماژول تسلیحاتی از راه دور (DUMV) سیستم های مشاهده اسلحه عمدتا شامل سیستم های تصویربرداری حرارتی خنک شده هستند و بنابراین می توانند در بردهای بیش از 10 کیلومتر کار کنند.
لوندبرگ گفت که دیدگاههای شبانه روزی و شبانه تیر با محور تفنگ هماهنگ است ، یعنی او به جایی نگاه می کند که اسلحه به سمت آن هدایت شده است و در جهات دیگر نمی بیند.
"برد این منظره باید با برد تفنگ مطابقت داشته باشد و تفنگ دارای برد نسبتاً طولانی است. در نتیجه ، او دارای یک میدان دید نسبتاً باریک است ، مانند این است که از طریق نی نگاه کند … اما در اینجا فلش باید ببیند و شلیک کند."
سرد بمونی؟
دوربین های مادون قرمز خنک نشده از فناوری میکروبولومتر استفاده می کنند ، که در اصل یک مقاومت کوچک با عنصر سیلیکون است که به تابش گرما واکنش نشان می دهد. تغییرات دما با شدت انتشار فوتون ها تعیین می شود. میکروبولومتر این را تشخیص می دهد و اندازه گیری ها را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند که به نوبه خود می تواند به تصویر تبدیل شود.
به طور معمول ، سنسورهای خنک نشده در محدوده LW1R (7-14 میکرون) عمل می کنند ، یعنی می توانند از طریق دود ، مه و گرد و غبار "که" در میدان جنگ و سایر شرایط مهم است "ببینند".
دستگاه های خنک شده از سیستم خنک کننده سرمازا برای نگه داشتن آشکارساز در دمای -200 درجه سانتی گراد استفاده می کنند و این امر حتی به تغییرات جزئی دما نیز حساس تر می شود. آشکارسازهای چنین دستگاه هایی می توانند حتی یک فوتون را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل کنند ، در حالی که سیستم های خنک نشده برای اندازه گیری به فوتون های بیشتری نیاز دارند. بنابراین ، سنسورهای خنک شده دارای برد طولانی هستند که روند ضبط و خنثی سازی اهداف را بهبود می بخشد.
اما سیستم های یخچال نیز اشکالاتی دارند ، پیچیدگی طراحی مستلزم هزینه های بالا و نیاز به تعمیر و نگهداری منظم و پیچیده فنی است. سنسورهای خنک نشده ارزان تر ، راحت تر نگهداری می شوند و عمر بیشتری دارند زیرا از فناوری انجماد استفاده نمی کنند ، قطعات متحرک کمتری دارند و نیازی به آب بندی پیچیده خلاء ندارند. بر اساس وظایفی که او حل می کند ، مانند همیشه ، انتخاب چه نوع سیستمی به عهده کاربر است.
انتخاب موج
محدوده توپچی سرد شده از آشکارسازهای مادون قرمز [موج بلند] (LW1R) استفاده می کند. زیرا این امر به سیستم های دید در شب اجازه می دهد تا دود را ببینند و بنابراین مسائل مربوط به جنگ کمتری دارند. سیستم های خنک نشده نیز از چنین آشکارسازهایی استفاده می کنند ، زیرا میکروبولومترها (عناصر حساس به حرارت) در این طول موج حساس هستند ، اما این در حال تغییر است. هورنر می گوید: "از لحاظ تاریخی ، LWIR همیشه به دلیل نفوذ بهتر دود نسبت به آشکارسازهای MWIR که در وسط مادون قرمز مادون قرمز کار می کنند ، ترجیح داده شده است."
"ده سال پیش این درست بود ، اما آزمایش ها و تظاهرات نشان داد و ثابت کرد که تفاوت زیادی بین LWIR و MWIR در میدان جنگ امروز وجود ندارد. حساسیت و قابلیت های MWIR طی 10 سال گذشته به میزان قابل توجهی بهبود یافته است و امروزه دوربین های MWIR هنوز عملکرد برتر و نفوذ دود را ارائه می دهند. این باعث می شود که مردم MWIR را ترجیح دهند تا آشکارسازهای LWIR."
هورنر افزود:
مزیت آشکارسازهای MWIR این است که در مقایسه با آشکارسازهای نوع LWIR نفوذپذیری بهتری در هوای مرطوب دارند ، یعنی وقتی می خواهید در مناطق ساحلی ، به ویژه در آب و هوای گرم مستقر شوید ، با استفاده از MWIR عملکرد بهتری خواهید داشت. نه LWIR. به این یک راه حل سازش برای خودرو خواهد بود."
با این حال ، سخنگوی شرکت فرانسوی Sofradir تأکید کرد که منطقه مادون قرمز (موج کوتاه) طیف (SWIR) نیز کاربرد خود را دارد.
دو کاربرد متفاوت برای SWIR وجود دارد. اولاً ، آشکارسازهای این نوع می توانند در مواردی که نیاز به مشاهده دود و گرد و غبار با چگالی و منشاء مختلف و حتی (در برخی موارد) مه وجود دارد ، راه حل اضافی باشند. بسته به شرایط جوی ، SWIR می تواند فاصله ظاهری زیادی را ارائه دهد. ثانیاً ، با آشکارساز SWIR ، می توانید فاصله یاب های لیزری را که در تعیین طول موج 1.6 میکرون یا 1.5 میکرون در تعیین هدف کار می کنند ، مشاهده کنید. سپس از آن به عنوان هشدار استفاده می شود که وسیله نقلیه شما تحت نظارت است. همچنین می توانید چشمک های توپ را مشاهده کنید ، به این معنی که SWIR برای بهبود آگاهی از موقعیت و حفاظت از وسایل نقلیه زمینی استفاده می شود."
سخنگوی BAE Systems گفت:
"به طور کلی ، LWIR بهترین عملکرد را در هر شرایط آب و هوایی و دیگر شرایط در فضای باز ارائه می دهد ، در حالی که MWIR و SWIR بهترین کنتراست را ارائه می دهند. تصویر SWIR این مزیت را دارد که شبیه به چیزی است که با چشم غیر مسلح می بینیم. این مزیت مهم احتمال تشخیص صحیح را افزایش می دهد ، که به نوبه خود به کاهش احتمال وقوع حادثه با آتش دوستانه کمک می کند."
نیاز به موارد بیشتر
نصب مکرر DUMV بر روی خودروهای زرهی بر بازار دوربین های شب تأثیر می گذارد. مناظر اصلی اسلحه در پلت فرم یکپارچه می شوند و بنابراین نه اسلحه و نه مناظر می توانند اغلب تغییر کنند. افزودن DUMV جدید به صورت ماژولار به شما امکان می دهد دامنه ها را بیشتر تغییر دهید.
در پنج تا ده سال گذشته ، سلاح های استاندارد نصب شده بر روی DUMV در بیشتر موارد یک مسلسل 7.62 میلی متری یا یک مسلسل 12.7 میلی متری بودند ، بنابراین به عنوان یک قاعده ، جاهای دیدنی به منظور مطابقت با برد کوتاه این سلاح ها.
با این حال ، لوندبرگ خاطرنشان کرد که وضعیت در حال تغییر است:
"در حال حاضر ، روند رو به رشدی وجود دارد که نصب سلاح های با کالیبر بزرگتر (حدود 25-30 میلی متر) را تعیین می کند ، از این طریق می توان آتش سوزی دقیق را در مسافت های طولانی هدف گرفت و انجام داد ، و این امر تقاضای دیدنی ها برای DUMV را تعیین می کند. با برد بیشتر در حالی که این صنعت برای 99 درصد DUMV دامنه های خنک نشده را تأمین می کرد ، امروزه تمرکز بر روی دامنه های عملکردی تر خنک شده و خنک شده است که می توانند تصاویری فوق العاده واضح ارائه دهند. این امر امکان مشاهده کمی بیشتر و هدایت سلاح های با کالیبر بزرگتر به هدف را در فواصل طولانی 1 ، 5-2 ، 5 کیلومتری ، یعنی خارج از دسترس وسایل تخریب دشمن فراهم می کند."
و سرانجام ، فرماندهان می خواهند حتی کنترل بهتری از اوضاع داشته باشند ، تا دورتر از آتش توپ ببینند ، و بنابراین نیاز به نصب مناظر شب با برد بیشتر بر روی DUMV وجود داشت.
توسعه سیستم های دید در شب نه تنها با افزایش برد ، بلکه با نیاز به ساده سازی عملیات نیز تعیین می شود. یک دوربین تصویربرداری حرارتی منسوخ یا دوربین مادون قرمز کمتر پیشرفته نیاز به کار زیادی دارد ، زیرا برای به دست آوردن یک تصویر مناسب باید دکمه ها و دکمه های پیچ و تاب را بارها فشار دهید ، در حالی که یک دوربین پیشرفته جدید می تواند فوراً تصویری با کیفیت بالاتر را برای یک سیستم هدف با حداقل دخالت کاربر سخنگوی کانتروپ گفت: هنگامی که اکثر عناصر خودکار می شوند ، اپراتور می تواند بر روی کار خود تمرکز کند و با کار با سیستم بینایی حواس او را پرت نکند.
مزیت میدان نبرد سیستم های دید در شب به طور فزاینده ای آشکار می شود. این کار را با استفاده از مزایای تکنولوژیکی یک دوربین با وضوح بالا بهبود یافته ، استفاده از سیستم های مناسب برای کارهای خاص ، و ادغام دوربین های نظارتی بیشتر در معماری دیجیتال که می تواند سنسورهای بیشتری را پشتیبانی کند و داده ها را به هر یک از خدمه ارائه دهد ، انجام می دهد. آن ها نیاز دارند. به طور جداگانه ، این پیشرفت ها تغییرات اساسی ایجاد نمی کند ، اما در کنار هم می تواند مزیتی در جنگ ایجاد کند.
هورنر گفت معماری دیجیتال یک راه حل بلند مدت است.
اگر معماری دیجیتال را از همان ابتدا پیاده سازی کنید ، می توانید کنترل 360 درجه ای داشته باشید ، می توانید به راحتی فناوری های آینده ، سیستم های جنگ الکترونیکی ، حفاظت فعال و سیستم های نظارتی و شناسایی دوربرد را ادغام کنید. سپس می توانید با خیال راحت جلو بروید و ماشین را با فناوری های پیشرفته اضافی پر کنید."
لوندبرگ افزود:
"گسترش سیستم های دید در شب و تصویربرداری حرارتی با سرعت بی سابقه ای پیش می رود. ارتش در غرب معتقد است که دشمن تنها دارای فناوری مادون قرمز منفعل خواهد بود. به لطف توسعه سریع فناوری های نوآورانه و قوانین کنترل صادرات ، ارتش های مدرن غربی دارای مزیت آشکاری هستند. البته نکته در تصویربرداران حرارتی جداگانه و سایر دستگاه های دید در شب نیست ، بلکه در کل وسیله نقلیه زرهی است.اگر دامنه ای در DUMV دارید ، مزیت این است که می توانید چند ثانیه قبل از حریف خود هدف بگیرید ، شلیک کنید و دقیق ضربه بزنید. در این سلسله رویدادها ، مطمئناً سیستم های دید در شب به پیروزی بر حریف کمک می کنند."
