Обзорно-панорамная оптико-электронная система наблюдения

Обзорно-панорамная оптикоэлектронная система наблюдения и
обнаружения для мобильной
наземной техники
А.В. Бондаренко1, И.В. Докучаев1, к.т.н. А.В. Рода2, к.т.н. Я.Я. Хаджиева2
1
ООО «РАСТР ТЕХНОЛОДЖИ», г. Москва,
www.rastr.net
2
E-mail: raster-msk@mtu-net.ru
ООО «НТЦ «ВЕРСИЯ», г. Климовск, Московская область,
E-mail: ntcversia@mail.ru
Обзорно-панорамная оптико-электронная система
(ОПОЭС) наблюдения и обнаружения для мобильной
наземной техники предназначена для установки на
наземные транспортные средства, применяемые в
жёстких условиях эксплуатации в интересах силовых
структур.
Задачи, решаемые при разработке
Принципиально новой задачей при разработке являлась обеспечение возможности
осуществлять оптико-электронную разведку для защиты техники и личного
состава от стрелкового оружия ближнего боя и гранатомётов.
- формирование изображение окружающей обстановки на видеоконтрольном
устройстве с целью ведения наблюдения и обнаружения угрозы или факта
нападения на защищаемую колонну в заданных секторах обзора;
- автоматическое обнаружение вспышки выстрелов гранатомётов по цифровым
изображениям, формируемым видеокамерами;
- реализацию различных режимов функционирования, наблюдения в различных
условиях наблюдения.
Одной из особенностей построения аппаратуры оптико-электронной разведки и
оптико-электронного подавления является обоснования оптимальной конструкции
аппаратуры ОЭР с учётом ограничений по массо-габаритным характеристикам,
энергопотреблению, возможностям размещения исполнительных устройств и
обеспечение решения ряда проблемных вопросов, связанных с испытаниями,
оценкой технических, эксплуатационных и боевых возможностей, живучестью,
надёжностью.
Описание технических решений и работы
Комплект аппаратуры оптико-электронной разведки
устанавливается на носителе и включает в себя:
- 6 цифровых высокочувствительных видеокамер,
- мультиплексор для коммутации и обработки сигналов от
видеокамер и вывода изображения на видеоконтрольное
устройство,
- видеоконтрольное устройство,
- аппаратура управления и индикации,
- комплект кабелей и жгутов.
Основные характеристики комплекта аппаратуры оптикоэлектронной разведки приведены в таблице.
Наименование параметра
Сектор разведки (обзора), град:
- по азимуту
- по углу места
Значение
От 0 до 360
От минус 5
до плюс 40
Максимальная дальность
обнаружения факта выстрела из
гранатомета (при вероятности
0,7), м, не более
Вероятность ложной тревоги
300
Не более
одной за час
работы
Минимальный уровень
освещенности, лк, не более
Напряжение питания, В
Потребляемая мощность, Вт,
не более
Масса, кг, не более
0,1
От 22 до 29
(борт сеть)
300
259
Аппаратура оптико-электронной разведки выполнена в виде блоков в
защищенном герметичном исполнении и обеспечивает работу в условиях
эксплуатации:
- рабочая температура окружающей среды от - 40 до + 50 ºС, за
исключением составных частей, размещаемых в аппаратном отсеке МФК
РЭБ, эксплуатируемых при рабочих температурах от - 10 до + 40 ºС;
- относительная влажность воздуха при температуре 35 оС не более 100 %;
- атмосферное давление от 70,0 до 106,7 кПа.
WWW.RASTR.NET
Цифровая камера RT-1000DC-4.1
и мультиплексор RT-106MX
Видеокамеры, размещаемые на корпусе носителя, обеспечивают
круговой обзор наблюдения в секторе от 0 до 360о по азимуту и от
минус 5 до плюс 40о по углу места. Каждая цифровая видеокамера
RT-1000DC-4.1 представляет собой сложный оптико-электронный
прибор, конструктивно выполненный в виде модуля
прямоугольной формы, внутри которого размещены:
- оптико-электронный блок,
- объективы высокого разрешения,
- электромеханический узел привода диафрагмы,
- электромеханический узел привода фильтра,
- узел терморегулятора,
- электронные модули.
Снаружи каждая камера оснащена системой очистки защитного
стекла входного окна, включающую в себя насос высокого
давления, форсунку, бачок с омывающей жидкостью.
WWW.RASTR.NET
Отличительной и уникальной чертой цифровой камеры RT-1000DC-4.1
является наличие встроенного DSP видеопроцессора реального времени
конвейерного типа, реализованного на ПЛИС, позволяющего обрабатывать
потоки видеоданных по заданным алгоритмам, выполнять различные
арифметические и логические операции, цифровую фильтрацию, выполнять
селекцию динамических и статических изображений, обработку в стробах,
детектор движения. Возможность перепрограммирования видеопроцессора
позволяет легко адаптировать цифровую камеру для решения различных
классов практических задач. Наличие внешних портов ввода-вывода даёт
возможность управлять исполнительными внешними устройствами,
например, установкой светофильтра и управлением объективом, а также
получать телеметрию с внешних датчиков. Видеовыход позволяет
визуализировать на внешнем RGB TFT мониторе изображение с
фотоприёмника и накладывать на ТВ сигнал служебную информацию в
режиме оверлея. Управление всеми режимами цифровой камеры происходит
по витой паре по командам от внешнего устройства. Схемотехнически
камера реализована на самой современной элементной базе, что позволило
оптимизировать потребляемую мощность, тепловые режимы, повысить
надёжность, и как следствие повысить соотношение цена-эффективность.
Аналогов на Российском рынке нет.
Основные технические характеристики RT-1000DC-4.1.
- Пространственное разрешение – 1024 х 1024, 1024 х 512 – с биннингом по строкам;
- Размер пикселя – 12.8 х 12.8 мкм,
- Отношение сигнал/шум – не хуже 72 дБ,
- Глубина оцифровки – 14 бит @ 65 МГц, адаптивная настройка на динамический
диапазон ПЗС процессора;
- Формат представления выходных данных – 1024 х 1024 х 12 бит, 1024 х 1024 х 8 бит;
- Количество градаций (оттенков) серого – 4096,
- Пороговая чувствительность – 10Е-5 лк при отношении сигнал/шум = 1,
- Синхронизация – внутренняя и внешняя – по триггеру с возможностью работы в
режиме Master-Slave,
- Размер внутренней оперативной памяти – 16 МБ,
- Видео выход на CCIR или RGB TFT монитор,
- Частота передачи кадров – 25 кадров/сек, 50 – в режиме биннинга;
- Выходной цифровой поток – до 1 Гб/сек,
- Потребление – 5 Вт,
- Интерфейс – Fiber Channel по витым парам или коаксиальному кабелю (опция –
одномодовое оптоволокно),
- Конструктивное исполнение – индустриальное,
- Встроенный мониторинг температуры – минус 55 … + 125 С,
- Диапазон рабочих температур – минус 40 … + 70 С.
Структурная схема
Видеовыход
(1В, 75Ом)
RAM
1024
512
X
CDS
VGA
12 дБ
0..6 дБ
ADC
512
CCD
DSP
Y
Драйверы
управления
затвором и
считыванием
заряда
CDS
VGA
12 дБ
0..6 дБ
Программируемый
генератор тактовых
сигналов
ADC
Регистры режимов
и регулировок
Источник
питания
Блок фотоприемника
Кабель
связи
18..36 В
Подсистема
ввода
изображения
8MB
Контроллер
DMA
(Bus master)
Схема управления
и синхронизации
Схема
внешнего
запуска
RAM
PCI интерфейс 2.1
8MB
Интерфейс связи IEEE 644
DAC
Подсистема
вывода
изображения
Интерфейс связи IEEE 644
Генератор
телевизионного
сигнала
Операционные
регистры
Сигнал внешней
синхронизации,
(3..5 мА)
Цифровой ПЗС камеры RT-1000DC-4.1
WWW.RASTR.NET
Плата управления
Мультиплексор RT-106MX сложный электронный прибор, размещаемый
внутри МФК РЭБ, конструктивно выполненный в виде модуля
прямоугольной формы, внутри которого размещена высокопроизводительная
электронная плата.
Мультиплексор предназначен для:
- коммутации цифровых изображений, формируемых шестью видеокамерами;
- коммутации сигналов управления видеокамерами, поступающих от
аппаратуры управления и индикации по интерфейсу RS-232, и синхронизации
работы видеокамер по кадровому синхроимпульсу;
- формирования изображения, поступающего на экран видеомонитора и
состоящего из одного, либо из нескольких изображений от шести видеокамер;
Блок
фотоприёмника
RT-1000DC
#01
Блок
фотоприёмника
RT-1000DC
#02
SDRAM
BANK 0/1
Блок
вторичного
питания
SDRAM
Контроллер
SDRAM
DSP
DSP-02
Регистры управления,
режимов и синхронизации
Подсистема
управления
мультиплексором и
связь с пультом
Флэшпамять
настроек
+ OSD
Контроллер
DMA
Bus Master
Регистры
управления,
режимов и
синхронизации
PCI интерфейс 2.1, операционные и конфигурационные регистры
FC
FC
DSP FIFO
Подсистема ввода
изображения
DSP-01
Блок
фотоприёмника
RT-1000DC
#05
SDRAM
BANK 0/3
RS-232
SDRAM
BANK 0/1
Контроллер
SDRAM
Подсистема
Вывода
изображения
Внутренний интерфейс
FC
DSP
ЦАП, Схема
формирования ТВ
растра: RGB, CCIR
Внутренний интерфейс
DSP
Блок
фотоприёмника
RT-1000DC
#04
Блок
фотоприёмника
RT-1000DC
#05
Тактовый
Генератор
+ часы РВ
RT-645FC1
BANK 0/3
Регистры управления
и режимов, контроллер
Блок
фотоприёмника
RT-1000DC
#03
DSP-00
FC
Цифровой видеомультиплексор RT-106MX
- «замораживания» кадра изображения, в котором обнаружена вспышка
выстрела от гранатомета, по сигналу тревоги, выдаваемому соответствующей
видеокамерой;
- формирования и передачи сигналов тревоги от видеокамер в аппаратуру
управления и индикации;
- автоматической загрузки настроек видеокамер по умолчанию:
- начального тестирования и непрерывного контроля работоспособности всех
видеокамер;
- сохранения во внутренней памяти изображений с видеокамер по сигналу
тревоги, нажатию кнопки ПУСК или команде оператора;
- передачи запомненных изображений по интерфейсу RS-232 в аппаратуру МФК
РЭБ.
ВКУ выполнено в виде единого моноблока и предназначено для:
- визуализации изображений как от каждой видеокамеры, так и от группы
видеокамер по команде оператора;
Индикатором обнаружения атаки из гранатометов и определения направления
на них являются видеокамеры RT-1000 DC и мультиплексор VM-DSP-8, которые
в случае обнаружения факта атаки выдают данные о факте атаки и о
направлении на источник атаки в виде электрического сигнала в аппаратуру
управления и индикации.
Инновационные решения
При разработке комплекта аппаратуры оптико-электронной разведки предложены,
теоретически и экспериментально обоснованы следующие новые технические
решения.
Аппаратура оптико-электронной разведки имеет оригинальную оптическую схему
видеокамер, обеспечивающую панорамное изображение с высоким разрешением в
широком диапазоне освещенностей от глубоких сумерек до яркого солнечного дня.
Видеокамеры имеют интеллектуальную настройку оптимального уровня цифрового
видеосигнала сигнала для обнаружения вспышки выстрела гранатомёта на
дальности 300 м и обеспечения помехозащищенности. В цифровом мультиплексоре
организована аппаратная цифровая обработка входных цифровых потоков данных от
видеокамер и формируется один выходной цифровой поток в соответствии с
выбранными установками для выбора направлений обзора. В мультиплексоре
реализован алгоритм обнаружения выстрелов гранатометов и разрывов,
построенный на принципе анализа межкадровой разницы сигналов, спектроэнергетических, геометрических и временных характеристик вспышки выстрела, а
также алгоритм анализа ложных сигналов. При реализации алгоритма в цифровом
мультиплексоре организована параллельная и конвейерная обработка изображений
от 6 видеокамер в реальном времени и аппаратно реализовано на ПЛИС фирмы
Altera.
Публикации
1. izvestia.ru (2009 г.): Российские инженеры создали новый комплекс РЭБ (электронный
ресурс), URL:http://www.izvestia.ru/news/news210792
2. Бондаренко А.В., Докучаев И.В., Князев М.Г., Коноплянников Ю., Лазаренко Ю.М.
Лазерная система автоматизации измерения габаритов сооружений на железных дорогах.
Журнал ЦОС № 4, 2004 г., с. 36
3. Бондаренко А.В., Докучаев И. В., Князев М.Г. Расчёт пороговых значений потока
излучений и освещённости для ПЗС матриц Kodak KAI-1003M, KAI-1020M и Philips FTF3020M. Журнал CCTV focus, № 4, 2006 г., с. 24
4. Бондаренко А.В., Докучаев И. В., Князев М.Г. Телевизионная видеокамера с цифровой
обработкой в реальном времени. Журнал «Современная электроника» № 3, 2006 г., стр. 50
5. Телевизионные системы манипуляторного комплекса проекта «Фобос-Грунт». А.В.
Бондаренко, И.В. Докучаев, О.И. Кораблёв, А.Б. Киселёв, О.Е. Козлов, В.А. Котцов, Ж.-П.
Бибринг, Ж.Ж. Фурмонд. Сборник трудов Всероссийской научно-технической
конференции «Современные проблемы определения ориентации и навигации КА. Россия,
Таруса, 22-25 сентября 2008 г.
6. Цифровая камера для регистрации атмосферных грозовых разрядов. А.В. Бондаренко,
И.В. Докучаев, В.А. Котцов. Сборник трудов выездного семинара. Под редакцией Р.Р.
Назирова. Россия, Таруса, 24-27 февраля 2009 г., с. 63.
7. Техническая документация на цифровые ПЗС камеры и программное обеспечение.
ООО «РАСТР ТЕХНОЛОДЖИ». 2011 г. Москва.
WWW.RASTR.NET