Montowane w pojazdach systemy noktowizyjne istnieją od lat i są obecnie powszechne, ale na tym rynku czekają znaczące zmiany.
Na przykład rośnie zapotrzebowanie na kamery nocne o wyższej rozdzielczości. Rzecznik francuskiej firmy Sofradir, produkującej odbiorniki podczerwieni, powiedział, że można to osiągnąć, zwiększając liczbę pikseli i zmniejszając rozstaw pikseli przy zachowaniu rozmiaru matrycy, aby zapewnić niską wagę i charakterystykę zużycia energii urządzenia.
„Zmniejszając rozstaw pikseli, zwiększasz czułość detektora, ponieważ wraz ze spadkiem rozstawu piksela każdy piksel ma niższą siłę sygnału, a zatem zwiększamy czułość urządzenia. W aparatach obecnej generacji standardem jest VGA 640x512, ale obecnie trend zmierza na przykład w kierunku SVGA 1280x1024 w odstępach co 12 mikronów. Systemy pójdą w tym kierunku i dzieje się to teraz”
- wyjaśnił.
Aby te kamery działały jak najlepiej, muszą być odpowiednio ustabilizowane, ponieważ pojazdy opancerzone działają w trudnym terenie z bardzo trudnym terenem. Zdaniem przedstawiciela Controp Precision Technologies, jeśli system nie będzie wystarczająco dobrze ustabilizowany, „wówczas obraz będzie nie do przyjęcia, a zasięg urządzenia zostanie drastycznie zmniejszony”.
Rzecznik Sofradiru powiedział:
„W ostatnich latach zaobserwowaliśmy, jak znaczenie wagi, rozmiaru i zużycia energii stale rośnie, odzwierciedlając zapotrzebowanie na małe, lekkie systemy o ulepszonych możliwościach, takie jak nasze systemy SIGHT. Istnieje kilka rodzajów kamer: niechłodzone kamery termowizyjne, które zapewniają widzenie z bliska i zwykle nie są stabilizowane, oraz chłodzone kamery termowizyjne, które zwykle są stabilizowane, są wyższego poziomu i oczywiście droższe.”
Podświetlanie problemów
Tradycyjnie systemy noktowizyjne były wykorzystywane do dwóch głównych celów. Po pierwsze, urządzenia noktowizyjne kierowcy pozwalają mu zwiększyć poziom kontroli otoczenia wokół samochodu, zapewniając bezpieczne i bezproblemowe manewrowanie. Po drugie, istnieją systemy celownicze wykorzystywane przez strzelców do identyfikacji i celowania w potencjalne cele.
Systemy na podczerwień dla kierowców i zwiększona świadomość sytuacyjna to zazwyczaj niechłodzone kamery termowizyjne, które mają szersze pole widzenia z bliskiej odległości, aby uzyskać jak największe pole widzenia, podczas gdy lunety są przeznaczone dla strzelców, zwłaszcza dla broni dużego kalibru, na przykład, 120-mm armat czołgowych, wyposażonych w chłodzone dalekosiężne kamery termowizyjne. Te ostatnie mają węższe pole widzenia do ustawienia ostrości na konkretnym celu.
Kamery termowizyjne są najczęściej spotykane we współczesnych armiach, ponieważ są bardziej zaawansowane niż kamery ze wzmocnieniem obrazu (wzmacniacz obrazu), które działają w krokach poniżej 1 mikrona, a do działania wymagają aktywnej emisji światła w zakresie widma bliskiej podczerwieni aby widzieć w ciemności. W takim przypadku niewidoczne gołym okiem światło z oświetlenia podczerwonego może zostać wykryte przez urządzenia wroga, co może nieść za sobą poważne konsekwencje.
Według Colina Hornera z Leonardo kamery ze wzmacniaczami obrazu zawsze stanowią problem w społecznościach, które mają tendencję do oświetlenia.
„Te czujniki mają tendencję do zniekształcania i rozmycia obrazu przeznaczonego dla dowódcy i kierowcy. Chociaż technologia poprawy obrazu jest coraz lepsza i jest preferowanym wyborem dla pojazdów niezwiązanych z walką, wadą jest to, że takie kamery nadal wymagają podświetlenia”.
„Choć naprawdę mogą pracować przy minimalnym oświetleniu, na przykład w świetle księżyca lub gwiazd, w całkowitej ciemności, kamery z lampami ze wzmacniaczami obrazu po prostu nie będą działać. Aby poprawić świadomość sytuacyjną, operatorzy używają światła podczerwonego do lokalnego oświetlania obszaru wokół maszyny i polegają na naturalnym świetle”.
– wyjaśnił Horner.
Dodał, że ze wzmacniaczami obrazu w samochodach wyposażonych w szyby kuloodporne są jeszcze inne problemy, ponieważ wpływają one negatywnie na postrzeganie odległości przez kierowcę. Dlatego współczesne armie wolą używać pasywnych systemów podczerwieni.
Ponadto istnieje tendencja do zwiększania możliwości noktowizyjnych pojazdów innych kategorii, dla których konieczne jest zainstalowanie na nich tych samych systemów, co na platformach bojowych. „To naprawdę zwiększy poziom własności i bezpieczeństwa”.
„Z reguły większe opancerzone wozy bojowe były wyposażone w pasywne (niepodświetlane) systemy podczerwieni o bardzo wysokich parametrach, ale same nie pracują w kolumnach. Są one wspierane przez inne pojazdy, takie jak transportery personelu, karetki pogotowia i pojazdy inżynieryjne, ale te pojazdy mają tę wadę, że nie mają takich samych zdolności widzenia w nocy jak pojazdy bojowe i dlatego nie mogą pracować w takich samych warunkach. Widzimy więc teraz tendencję do wyposażania pojazdów wsparcia w systemy noktowizyjne, które nie są gorsze od tych z platform bojowych, dzięki czemu mogą pracować obok siebie bez dodatkowego ryzyka.”
Innym trendem jest dodawanie do maszyn większej liczby kamer, aby uzyskać pełny widok dookoła. Wcześniej wojsko zajmowało się wyłącznie zapewnieniem kierowcy urządzeń noktowizyjnych do prowadzenia pojazdu. Dzięki dużej liczbie kamer zapewniających widoczność 360° zagrożenia można obserwować z dowolnego kierunku oraz, co ważniejsze dla bezpieczeństwa, jest widok na boki i tył, dzięki czemu zwiększa się bezpieczeństwo operacji na terenach miejskich.
Leonardo oferuje kamerę DNVS 4, która pozwala uzyskać widok dookoła z odległości 20-30 metrów. Horner powiedział, że system jest również wyposażony w kolorową kamerę dzienną, aby połączyć dwie technologie w jednym rozwiązaniu, a tym samym zmniejszyć wagę, rozmiar i zużycie energii. Dodał, że następuje również przejście od architektury analogowej do otwartej architektury cyfrowej. „Oznacza to, że digitalizujemy sygnał z kamery i wyświetlamy go cyfrowo na ekranie, co znacznie poprawia wyrazistość obrazu i eliminuje wszelkie zakłócenia powodowane przez samą maszynę”.
Obraz w liczbach
Rozwój technologii cyfrowej umożliwia operatorom korzystanie z wielofunkcyjnych ekranów z mapami, stanem broni i informacjami o konserwacji pojazdów, a także wyświetlanie wielu obrazów jednocześnie, takich jak widok z przodu, z boku i do tyłu. Jest to o wiele bardziej wszechstronne niż użycie przyciemnionej kamery lub systemu analogowego, który pozwala oglądać tylko jedną kamerę i tylko jeden wyświetlacz.
Większość kamer do monitoringu jest typu niechłodzonego i, podobnie jak ludzkie oko, ma szerokie pole widzenia około 50 °, a niektóre zbliżają się do 90 °. Jorgen Lundberg z FLIR Systems powiedział, że inne kamery muszą być zatem instalowane w różnych konfiguracjach, aby uzyskać pełne pokrycie 360°. Niektóre schematy przewidują umieszczenie wielu kamer o polu widzenia 55 °, podczas gdy inne schematy przewidują instalację czterech kamer pod kątem 90 ° lub nawet tylko dwóch kamer pod kątem 180 ° w celu utworzenia panoramy. Przede wszystkim jest to konieczne, aby samochód mógł swobodnie manewrować bez włączonych reflektorów podczas nocnych treningów i działań bojowych, ponieważ kierowca ma pełną kontrolę nad otoczeniem.
„Wszystko to ma na celu przekazanie kierowcy lub załodze wiedzy o tym, co dzieje się w pobliżu samochodu w odległości około 20-100 metrów i nie dalej, ponieważ dzisiejsza technologia nie może zapewnić obrazów o wysokiej rozdzielczości z dużych odległości” – powiedział Lundberg. „Chociaż załodze samochodu z pewnością spodoba się obraz całego obwodu w wysokiej rozdzielczości, istnieje równowaga między dzisiejszą technologią a dzisiejszym budżetem. Istnieją również ograniczenia dotyczące liczby i funkcjonalności wyświetlaczy załogi wewnątrz pojazdu.”
Na przykład przedstawienie dużej ilości dostępnych informacji sensorycznych jest wyzwaniem. Aby nie mieszać wszystkiego w jeden stos, członkowie załogi, np. kierowca, dowódca i strzelec, muszą mieć dostęp do ekranów wyświetlających konkretne informacje przeznaczone dla każdego z nich, aby nie przeszkadzać innym użytkownikom. Zwiad może mieć również ekran w tylnej części pojazdu, który wyświetla informacje o otoczeniu przed zejściem. Dowódca może mieć ekran jak inni członkowie załogi, ale z większą funkcjonalnością, na przykład z możliwością wyświetlania decyzji dotyczących kontroli walki i informacji o broni.
Wiele różnych czujników jest już zainstalowanych w pojazdach opancerzonych, a systemy noktowizyjne muszą znaleźć dla siebie miejsce w tej ograniczonej przestrzeni. W maszynie jest niewiele miejsca, aby pomieścić więcej wyświetlaczy, dlatego dystrybucja informacji z czujników i kamer w całej maszynie jest wyzwaniem.
Systemy noktowizyjne dla głównych dział AFV są umieszczone obok siebie lub zintegrowane z celownikiem działonowego, który zwykle montowany jest w pojeździe obok działa. Uzbrojeniem może być armata czołgowa dużego kalibru 120 mm, armata średniego kalibru (20 mm 30 mm lub 40 mm) lub nawet karabiny maszynowe kalibru 7, 62 mm lub 12,7 mm w zdalnie sterowanym module uzbrojenia (DUMV). Systemy celownicze działa obejmują głównie chłodzone systemy termowizyjne, dzięki czemu mogą działać na dystansach ponad 10 km.
Lundberg powiedział, że dzienne i nocne celowniki działonowego są wyrównane z osią działa, to znaczy, że będzie patrzył tam, gdzie jest skierowane działo i nie widzi w innych kierunkach.
„Zasięg tego celownika powinien odpowiadać zasięgowi działa, a broń ma dość duży zasięg. W związku z tym ma dość wąskie pole widzenia, to jak patrzenie przez słomkę … ale tutaj strzała musi widzieć i strzelać”.
Zimno?
Niechłodzone kamery na podczerwień wykorzystują technologię mikrobolometryczną, która jest zasadniczo małym rezystorem z silikonowym elementem reagującym na promieniowanie cieplne. O zmianach temperatury decyduje intensywność emisji fotonów. Mikrobolometr wykrywa to i przetwarza pomiary na sygnał elektryczny, który z kolei może być przekształcony w obraz.
Czujniki niechłodzone z reguły działają w zakresie LW1R (7-14 mikronów), czyli „widzą” przez dym, mgłę i kurz, co jest ważne na polu walki i w innych sytuacjach.
Chłodzone urządzenia wykorzystują kriogeniczny system chłodzenia, który utrzymuje detektor w temperaturze -200°C, dzięki czemu jest bardziej czuły na nawet niewielkie zmiany temperatury. Detektory takich urządzeń potrafią dokładnie przekształcić nawet pojedynczy foton w sygnał elektryczny, podczas gdy systemy niechłodzone potrzebują więcej fotonów do wykonania pomiarów. Dzięki temu chłodzone czujniki mają duży zasięg, co usprawnia proces przechwytywania i neutralizacji celów.
Ale systemy chłodnicze mają również swoje wady, złożoność konstrukcji pociąga za sobą wysokie koszty i potrzebę regularnej i złożonej technicznie konserwacji. Czujniki niechłodzone są tańsze, łatwiejsze w utrzymaniu i mają dłuższą żywotność, ponieważ nie wykorzystują technologii kriogenicznej, mają mniej ruchomych części i nie wymagają skomplikowanego uszczelnienia próżniowego. Jaki rodzaj systemu wybrać, jak zawsze, zależy od użytkownika, na podstawie zadań, które rozwiązuje.
Wybór fali
Chłodzone lunety celownicze wykorzystują detektory bliskiej [długiej fali] podczerwieni (LW1R). Ponieważ pozwala to systemom noktowizyjnym widzieć przez dym, a zatem mieć mniej problemów związanych z walką. Systemy niechłodzone również wykorzystują takie detektory, ponieważ mikrobolometry (elementy termoczułe) są czułe na tej długości fali, ale teraz zaczyna się to zmieniać. „Historycznie, LWIR zawsze był preferowany ze względu na lepszą penetrację dymu niż detektory MWIR działające w podczerwieni średniej [fale średniej]” – powiedział Horner.
„Dziesięć lat temu było to prawdą, ale testy i demonstracje pokazały i udowodniły, że nie ma dużej różnicy między LWIR i MWIR na dzisiejszym polu bitwy. Czułość i możliwości MWIR uległy znacznej poprawie w ciągu ostatnich 10 lat, a dziś kamery MWIR nadal oferują doskonałą wydajność i penetrację dymu. To prowadzi do tego, że ludzie wolą detektory MWIR niż LWIR.”
Dodał Horner:
„Zaletą detektorów MWIR jest to, że mają one również lepszą przepuszczalność przez wilgotne powietrze w porównaniu z detektorami typu LWIR, to znaczy, gdy chcesz wdrożyć na obszarach przybrzeżnych, szczególnie w gorącym klimacie, wtedy uzyskasz lepszą wydajność przy użyciu MWIR.. Będzie to rozwiązanie kompromisowe dla samochodu.”
Rzecznik francuskiej firmy Sofradir podkreślił jednak, że zakres widma dalekiej [krótkiej fali] podczerwieni (SWIR) również ma swoje zastosowanie.
„Swir ma dwa różne zastosowania. Po pierwsze, czujki tego typu mogą być dodatkowym rozwiązaniem w przypadkach, gdy trzeba patrzeć przez dym i pył o różnej gęstości i pochodzeniu, a nawet (w niektórych przypadkach) mgłę. W zależności od warunków atmosferycznych SWIR może zapewnić dużą odległość pozorną. Po drugie, za pomocą detektora SWIR można zobaczyć dalmierze laserowe działające w wyznaczonym celu przy długości fali 1,6 mikrona lub 1,5 mikrona. Jest następnie używany jako ostrzeżenie, że Twój pojazd jest pod obserwacją. Możesz także zobaczyć błyski armat, co oznacza, że SWIR jest używany do poprawy świadomości sytuacyjnej i ochrony pojazdów naziemnych.”
Rzecznik BAE Systems powiedział:
„Ogólnie rzecz biorąc, LWIR zapewnia najlepszą wydajność w każdych warunkach pogodowych i innych warunkach zewnętrznych, podczas gdy MWIR i SWIR zapewniają najlepszy kontrast. Obraz SWIR ma tę dodatkową zaletę, że jest podobny do tego, co widzimy gołym okiem. Ta ważna zaleta zwiększa prawdopodobieństwo poprawnego rozpoznania, co z kolei pomaga zmniejszyć prawdopodobieństwo incydentów z przyjacielskim ogniem.”
Potrzeba więcej
Częstsze instalowanie DUMV na pojazdach opancerzonych ma wpływ na rynek kamer nocnych. Główne przyrządy celownicze są zintegrowane z platformą i dlatego ani armata, ani przyrządy celownicze nie mogą się zbyt często zmieniać. Dodanie nowego DUMV na zasadzie modułowej pozwala na częstszą zmianę zakresów.
W ciągu ostatnich pięciu do dziesięciu lat standardową bronią zainstalowaną w DUMV była w większości przypadków karabin maszynowy 7,62 mm lub karabin maszynowy 12,7 mm, więc przyrządy celownicze z reguły nie były chłodzone, aby pasowały do krótkiego zasięgu tych broni (1-1, 5 km), a to z kolei determinowało ich nieco szersze pole widzenia niż celowniki dział wielkokalibrowych.
Jednak Lundberg zauważył, że sytuacja się zmienia:
„Obecnie rośnie trend, który determinuje instalowanie broni większego kalibru (około 25-30 mm), z której możliwe jest celowanie i prowadzenie celnego ognia na duże odległości, a to determinuje zapotrzebowanie na celowniki dla DUMV o większym zasięgu. Podczas gdy przemysł dostarczał niechłodzone oscyloskopy dla 99% DUMV, dziś uwaga skupia się na bardziej funkcjonalnych niechłodzonych i chłodzonych oscyloskopach, które mogą zapewniać ultra ostre obrazy. Dzięki temu można zobaczyć nieco dalej i skierować broń większego kalibru do celu na długich dystansach 1,5-2, 5 km, czyli poza zasięgiem wrogich środków rażenia.”
I wreszcie, dowódcy chcą mieć jeszcze lepszą kontrolę sytuacji, widzieć dalej niż ostrzał armat, dlatego pojawiła się potrzeba zainstalowania na DUMV celowników nocnych o większym zasięgu.
Rozwój systemów noktowizyjnych determinowany jest nie tylko zwiększonym zasięgiem, ale także potrzebą uproszczenia obsługi. Przestarzała kamera termowizyjna lub mniej zaawansowana kamera termowizyjna wymaga dużo pracy, ponieważ trzeba wielokrotnie naciskać przyciski i obracać pokrętła, aby uzyskać przyzwoity obraz, podczas gdy nowa zaawansowana kamera może natychmiast zapewnić wyższą jakość obrazu dla systemu celowniczego z minimalna interwencja użytkownika. Rzecznik Controp powiedział: „Gdy większość elementów jest zautomatyzowana, operator może skupić się na samym zadaniu i nie rozpraszać się pracą z systemem celowniczym”.
Przewaga systemów noktowizyjnych na polu bitwy staje się coraz bardziej widoczna. Czyni to, wykorzystując zalety technologiczne ulepszonej kamery o wysokiej rozdzielczości, stosując odpowiedni rodzaj systemów do określonych zadań i integrując więcej kamer monitorujących z architekturą cyfrową, która może obsługiwać więcej czujników i dostarczać dane każdemu członkowi załogi oni potrzebują. Pojedynczo ulepszenia te nie przynoszą radykalnych zmian, ale razem mogą zapewnić przewagę w bitwie.
Horner powiedział, że architektura cyfrowa to rozwiązanie długoterminowe.
„Jeśli wdrażasz architekturę cyfrową od samego początku, możesz mieć kontrolę 360 stopni, łatwo integrować przyszłe technologie, systemy walki elektronicznej, aktywną ochronę oraz systemy nadzoru i rozpoznania dalekiego zasięgu. Wtedy możesz spokojnie iść dalej i wypchać samochód dodatkowymi zaawansowanymi technologiami.”
Lundberg dodał:
„Proliferacja systemów noktowizyjnych i termowizyjnych postępuje w niespotykanym tempie. Wojsko na Zachodzie wierzy, że wróg będzie dysponował jedynie pasywną technologią podczerwieni. Dzięki szybkiemu rozwojowi innowacyjnych technologii i zasad kontroli eksportu nowoczesne armie zachodnie mają wyraźną przewagę. Nie chodzi oczywiście o poszczególne termowizory i inne urządzenia noktowizyjne, ale o cały pojazd opancerzony. Jeśli masz lunetę na DUMV, zaletą jest to, że możesz celować, strzelać i celnie trafiać kilka sekund przed przeciwnikiem. W tej sekwencji wydarzeń systemy noktowizyjne z pewnością przyczyniają się do zwycięstwa nad przeciwnikiem.”
