eng
Выпуск #2/2013
А. Бельский, Н. Жосан, Д. Брондз, К. Горбачев, В. Гребенщиков, А. Каргаев
Круглосуточная панорамная система технического зрения для вертолетов
Круглосуточная панорамная система технического зрения для вертолетов
Просмотры: 5112
Рассмотрена новая оптико-электронная обзорная система панорамного типа для вертолетных комплексов. Описано структурно-функциональное и конструктивное исполнение системы КОС-17 применительно к модернизируемому вертолету Ми-171А2. Отмечается, что КОС-17, являясь функциональной подсистемой комплекса бортового оборудования вертолета, имеет в своем составе три телевизионных и три тепловизионных канала, формируемое изображение от которых "сшивается" в единое телевизионное или тепловизионное изображение, с угловым размером 30×120˚, обеспечивая тем самым широкоугольную панораму передней полусферы по курсу полёта вертолета. В системе имеется возможность выделения интересующего объекта (или сюжета) с помощью функции "окно" из общего панорамного видеоизображения с помощью электронного (бескинематического) наведения с увеличением, а также возможность наложения телевизионного и тепловизионного изображения с улучшением ведения.
Теги: area of interest image joining image overlay non-kinematic aiming optoelectronic system panoramic sight "окно интереса" "сшивка" tv and thermal image бескинематическое наведение наложение изображений оптико-электронная система панорама телевизионное и тепловизионное изображение
Современные вертолеты – одно из важных средств, обеспечивающих проведение поисково-спасательных операций, связанных с ликвидацией последствий природных бедствий и техногенных аварий, с работами в труднодоступных районах, на водных акваториях, с обнаружением воздушных судов, терпящих или потерпевших бедствие, оказанием своевременной помощи пассажирам и экипажам при возникновении аварийных ситуаций.
Возможности современных вертолетов все больше определяются не только летно-техническими характеристиками, но и функциями комплекса бортового оборудования, в том числе оптико-электронными обзорными и обзорно-поисковыми системами.
В деятельности сил поиска и спасания один из основных этапов – определение местонахождения разыскиваемого объекта. Вместе с тем реализация процесса поиска требует сокращения его продолжительности. Во многих зарубежных странах широко применяются оптико-электронные обзорные и обзорно-поисковые системы, размещаемые на вертолетах. Их используют для дистанционного наблюдения с воздуха и обследования земной или водной поверхности при поисково-спасательных операциях.
Такие системы представляют собой, как правило, гиростабилизированные платформы со встроенными в них телевизионными, тепловизионными или телевизионными низкоуровневыми камерами (ТВК, ТПК), имеющими широкое обзорное поле зрения (от 20˚ до 40˚), обеспечивающие достаточно широкую зону просмотра при проведении поисковых работ с вертолетных (или беспилотных) носителей [1].
Однако зона обзора такой одной камеры даже с использованием широкого поля зрения недостаточна для просмотра больших площадей при поисково-спасательных операциях. Решить задачу по расширению зоны обзора местности можно несколькими способами, например увеличив высоту полета вертолета. Но при этом будут ухудшаться характеристики обнаружения и распознавания малоразмерных объектов [2].
Другой метод увеличения зоны обзора заключается в программном сканировании гироплатформы. Но при таком способе просмотра подстилающей поверхности в широком угле без пропусков или с перекрытием необходимо не ограничивать скорость сканирования. Однако существует объективное ограничение величины максимальной скорости сканирования – возникновение смазывания изображения при наблюдении оператора за ним на телевизионном индикаторе. Этот эффект приводит к увеличению времени "просмотра" видеокартины и как следствие – пропуску отдельных не охваченных временным сканированием участков местности в зоне передней полусферы, что ведет к возможным потерям объектов поиска [3].
Как показали наши работы, решить задачу расширения зоны обзора местности позволяет метод, который использует широкоугольные (несканирующие) телевизионные и тепловизионные системы, обеспечивающие широкие поля обзора в горизонтальной плоскости (100˚–120˚).
По техническому заданию ОАО "Московский вертолетный завод им. М.Л.Миля" в особом конструкторско-технологическом бюро "Омега" (г.Великий Новгород) разработали оптико-электронную несканирующую круглосуточную обзорную систему (КОС). Система предназначена для интеграции в конструкцию фюзеляжа вертолета. Она обеспечивает дистанционное наблюдение во время полета окружающего пространства в поле обзора 120˚ по азимуту и 30˚ по углу места. Впервые такая система (КОС-17) будет установлена на новом вертолете Ми-171А2, который является глубокой модернизацией вертолета "Ми-8".
Задачи, решаемые КОС-17, включают:
наблюдение в любое время суток изображения подстилающей поверхности, ориентиров, объектов на фоне земной или водной поверхности, препятствий, мешающих пилотированию, площадок, пригодных для посадки вертолета;
круглосуточное дистанционное наблюдение наземных объектов и зон во время полета, включая:
отдельные сооружения, дороги, мосты, транспортные средства и т.п.;
инженерную разведку водных преград и гидротехнических сооружений;
фиксацию загрязненной и опасной обстановки в зонах чрезвычайных ситуаций;
противопожарное патрулирование лесных массивов и торфяников;
дистанционную оценку (диагностику) "рабочего" состояния нефтепроводов, газопроводов, высоковольтных линий электропередач;
оперативный мониторинг с воздуха наземной обстановки в зонах чрезвычайных ситуаций или стихийных бедствий, а именно:
при наводнениях, пожарах, землетрясениях;
техногенных авариях (разливы нефтепродуктов, выбросы агрессивных материалов и т.д.);
обнаружение людей в труднодоступной местности и на воде при проведении спасательных операций;
круглосуточный поиск и обнаружение после авиационных происшествий мест аварийной посадки или падения воздушных судов, мест посадки спускаемых аппаратов транспортных космических кораблей, терпящих или потерпевших бедствие морских (речных) судов и людей на воде, проведение многих поисково-спасательных и аварийно-спасательных работ в горной местности.
Структурно панорамная обзорная система включает в себя оптико-электронный блок (ОЭБ) с размещенными в нем объективами, телевизионными и тепловизионными камерами, электронный блок (ЭБ) и систему видеорегистрации (СВР) (рис.1). Внешний вид круглосуточной обзорной системы КОС-17 для вертолета Ми-171А2 представлен на рис.2
Режим работы КОС-17 следующий. Три телевизионные и три тепловизионные камеры формируют изображения окружающего пространства. Видеосигналы с этих камер поступают в электронный блок (ЭБ). ЭБ осуществляет процедуру совмещения (режим "Сшивки") видеоизображения от трех камер, соединяя их в широкоугольное изображение (режим "Панорама"), и формирует поле зрения виртуальной камеры (режим "Окно"). В режиме "Окно" на экране индикатора отображается поле зрения виртуальной камеры, которое может перемещаться в пределах широкоугольного поля зрения. Перемещение (наведение) поля зрения виртуальной камеры (линии визирования) в пределах широкоугольного поля зрения производится за счет электронного (бескинематического) наведения линии визирования по сигналам от рукоятки управления (джойстика).
Если оператор обнаружил в широкоугольном поле зрения заинтересовавший его объект (рис.3), он с помощью джойстика наводит линию визирования на этот объект и переходит в режим "Окно". При этом на экране индикатора отображается поле зрения с увеличенным масштабом, что позволит детально рассмотреть изображение выбранного объекта или участка местности. Для еще более детального рассмотрения объекта имеется возможность включить электронное увеличение 2×, при этом масштаб центральной части изображения увеличивается еще в два раза (рис.4). В зависимости от задач мониторинга оператор имеет возможность наблюдать за объектом по его тепло- и видеоизображениям (рис.5).
Панорамно телетепловизиционную систему от бортовых систем технического зрения отличают принципиально новые особенности:
широкий угол обзора в горизонтальной плоскости (до 120˚ и более), обеспечивающий большой захват местности в горизонтальной плоскости;
электронное (бескинематическое) наведение линии визирования в пределах поля зрения с выдачей информации в цифровом виде о координатах линии визирования;
совмещение телевизионного и тепловизионного изображений, расширяющее пределы возможностей по дальности обнаружения объектов;
улучшение видения оператором видеоизображений, сформированных телевизионным и тепловизионным каналами при слабой контрастности изображений, низкой заметности объектов в условиях плохой видимости (туман, пыль, дым, дождь, снег);
возможность регистрации видео-, аудио- и служебной информации на сменном накопителе с удобством просмотра видеоинформации на борту вертолета;
возможность комплексирования с бортовой радиолокационной станцией, навигационным комплексом, системой спутниковой навигации и другими системами вертолета.
Описанная система технического зрения, встраиваемая в бортовое оборудование, – круглосуточная обзорная система панорамного типа, несомненно, относится к системам технического зрения нового поколения. Она предусмотрена в проекте многоцелевого вертолета Ми-171А2 (рис.6,7). Автономное применение или интеграция КОС в комплекс авионики (или бортового оборудования) для новых или модернизированных вертолетов значительно повысит их технико-эксплуатационные возможности и безопасность полетов вертолета в сложных условиях.
Литература
Тарасов В.В, Якушенков Ю.Г. Инфракрасные системы смотрящего типа. – М.: Логос, 2004.
Тарасов В.В., Якушенков Ю.Г. Двух- и многодиапазонные оптико-электронные системы с матричными приемниками излучения.– М.: Логос, 2007.
Волхонский В.В. Телевизионные системы наблюдения. – М.: Экополис и культура, 2005.
Возможности современных вертолетов все больше определяются не только летно-техническими характеристиками, но и функциями комплекса бортового оборудования, в том числе оптико-электронными обзорными и обзорно-поисковыми системами.
В деятельности сил поиска и спасания один из основных этапов – определение местонахождения разыскиваемого объекта. Вместе с тем реализация процесса поиска требует сокращения его продолжительности. Во многих зарубежных странах широко применяются оптико-электронные обзорные и обзорно-поисковые системы, размещаемые на вертолетах. Их используют для дистанционного наблюдения с воздуха и обследования земной или водной поверхности при поисково-спасательных операциях.
Такие системы представляют собой, как правило, гиростабилизированные платформы со встроенными в них телевизионными, тепловизионными или телевизионными низкоуровневыми камерами (ТВК, ТПК), имеющими широкое обзорное поле зрения (от 20˚ до 40˚), обеспечивающие достаточно широкую зону просмотра при проведении поисковых работ с вертолетных (или беспилотных) носителей [1].
Однако зона обзора такой одной камеры даже с использованием широкого поля зрения недостаточна для просмотра больших площадей при поисково-спасательных операциях. Решить задачу по расширению зоны обзора местности можно несколькими способами, например увеличив высоту полета вертолета. Но при этом будут ухудшаться характеристики обнаружения и распознавания малоразмерных объектов [2].
Другой метод увеличения зоны обзора заключается в программном сканировании гироплатформы. Но при таком способе просмотра подстилающей поверхности в широком угле без пропусков или с перекрытием необходимо не ограничивать скорость сканирования. Однако существует объективное ограничение величины максимальной скорости сканирования – возникновение смазывания изображения при наблюдении оператора за ним на телевизионном индикаторе. Этот эффект приводит к увеличению времени "просмотра" видеокартины и как следствие – пропуску отдельных не охваченных временным сканированием участков местности в зоне передней полусферы, что ведет к возможным потерям объектов поиска [3].
Как показали наши работы, решить задачу расширения зоны обзора местности позволяет метод, который использует широкоугольные (несканирующие) телевизионные и тепловизионные системы, обеспечивающие широкие поля обзора в горизонтальной плоскости (100˚–120˚).
По техническому заданию ОАО "Московский вертолетный завод им. М.Л.Миля" в особом конструкторско-технологическом бюро "Омега" (г.Великий Новгород) разработали оптико-электронную несканирующую круглосуточную обзорную систему (КОС). Система предназначена для интеграции в конструкцию фюзеляжа вертолета. Она обеспечивает дистанционное наблюдение во время полета окружающего пространства в поле обзора 120˚ по азимуту и 30˚ по углу места. Впервые такая система (КОС-17) будет установлена на новом вертолете Ми-171А2, который является глубокой модернизацией вертолета "Ми-8".
Задачи, решаемые КОС-17, включают:
наблюдение в любое время суток изображения подстилающей поверхности, ориентиров, объектов на фоне земной или водной поверхности, препятствий, мешающих пилотированию, площадок, пригодных для посадки вертолета;
круглосуточное дистанционное наблюдение наземных объектов и зон во время полета, включая:
отдельные сооружения, дороги, мосты, транспортные средства и т.п.;
инженерную разведку водных преград и гидротехнических сооружений;
фиксацию загрязненной и опасной обстановки в зонах чрезвычайных ситуаций;
противопожарное патрулирование лесных массивов и торфяников;
дистанционную оценку (диагностику) "рабочего" состояния нефтепроводов, газопроводов, высоковольтных линий электропередач;
оперативный мониторинг с воздуха наземной обстановки в зонах чрезвычайных ситуаций или стихийных бедствий, а именно:
при наводнениях, пожарах, землетрясениях;
техногенных авариях (разливы нефтепродуктов, выбросы агрессивных материалов и т.д.);
обнаружение людей в труднодоступной местности и на воде при проведении спасательных операций;
круглосуточный поиск и обнаружение после авиационных происшествий мест аварийной посадки или падения воздушных судов, мест посадки спускаемых аппаратов транспортных космических кораблей, терпящих или потерпевших бедствие морских (речных) судов и людей на воде, проведение многих поисково-спасательных и аварийно-спасательных работ в горной местности.
Структурно панорамная обзорная система включает в себя оптико-электронный блок (ОЭБ) с размещенными в нем объективами, телевизионными и тепловизионными камерами, электронный блок (ЭБ) и систему видеорегистрации (СВР) (рис.1). Внешний вид круглосуточной обзорной системы КОС-17 для вертолета Ми-171А2 представлен на рис.2
Режим работы КОС-17 следующий. Три телевизионные и три тепловизионные камеры формируют изображения окружающего пространства. Видеосигналы с этих камер поступают в электронный блок (ЭБ). ЭБ осуществляет процедуру совмещения (режим "Сшивки") видеоизображения от трех камер, соединяя их в широкоугольное изображение (режим "Панорама"), и формирует поле зрения виртуальной камеры (режим "Окно"). В режиме "Окно" на экране индикатора отображается поле зрения виртуальной камеры, которое может перемещаться в пределах широкоугольного поля зрения. Перемещение (наведение) поля зрения виртуальной камеры (линии визирования) в пределах широкоугольного поля зрения производится за счет электронного (бескинематического) наведения линии визирования по сигналам от рукоятки управления (джойстика).
Если оператор обнаружил в широкоугольном поле зрения заинтересовавший его объект (рис.3), он с помощью джойстика наводит линию визирования на этот объект и переходит в режим "Окно". При этом на экране индикатора отображается поле зрения с увеличенным масштабом, что позволит детально рассмотреть изображение выбранного объекта или участка местности. Для еще более детального рассмотрения объекта имеется возможность включить электронное увеличение 2×, при этом масштаб центральной части изображения увеличивается еще в два раза (рис.4). В зависимости от задач мониторинга оператор имеет возможность наблюдать за объектом по его тепло- и видеоизображениям (рис.5).
Панорамно телетепловизиционную систему от бортовых систем технического зрения отличают принципиально новые особенности:
широкий угол обзора в горизонтальной плоскости (до 120˚ и более), обеспечивающий большой захват местности в горизонтальной плоскости;
электронное (бескинематическое) наведение линии визирования в пределах поля зрения с выдачей информации в цифровом виде о координатах линии визирования;
совмещение телевизионного и тепловизионного изображений, расширяющее пределы возможностей по дальности обнаружения объектов;
улучшение видения оператором видеоизображений, сформированных телевизионным и тепловизионным каналами при слабой контрастности изображений, низкой заметности объектов в условиях плохой видимости (туман, пыль, дым, дождь, снег);
возможность регистрации видео-, аудио- и служебной информации на сменном накопителе с удобством просмотра видеоинформации на борту вертолета;
возможность комплексирования с бортовой радиолокационной станцией, навигационным комплексом, системой спутниковой навигации и другими системами вертолета.
Описанная система технического зрения, встраиваемая в бортовое оборудование, – круглосуточная обзорная система панорамного типа, несомненно, относится к системам технического зрения нового поколения. Она предусмотрена в проекте многоцелевого вертолета Ми-171А2 (рис.6,7). Автономное применение или интеграция КОС в комплекс авионики (или бортового оборудования) для новых или модернизированных вертолетов значительно повысит их технико-эксплуатационные возможности и безопасность полетов вертолета в сложных условиях.
Литература
Тарасов В.В, Якушенков Ю.Г. Инфракрасные системы смотрящего типа. – М.: Логос, 2004.
Тарасов В.В., Якушенков Ю.Г. Двух- и многодиапазонные оптико-электронные системы с матричными приемниками излучения.– М.: Логос, 2007.
Волхонский В.В. Телевизионные системы наблюдения. – М.: Экополис и культура, 2005.
Отзывы читателей
