Авиационные ГОЭС

Гиростабилизированные оптико-электронные системы (ГОЭС) авиационного базирования представляют собой комплекс наблюдательных приборов, работающих в различных спектральных диапазонах, которые специально предназначены для установки на разнообразные виды летательных аппаратов. Важным отличием авиационных ГОЭС от электронно-оптических систем иного типа является высокий уровень гиростабилизации, виброустойчивости и ударопрочности, а также в большинстве случаев шарообразная форма корпуса, характеризуемая высокой степенью обтекаемости. Это продиктовано необходимостью предотвращения аэродинамических помех для летательного аппарата, являющегося носителем ГОЭС. Количество оптических каналов у таких систем может быть самым разным (от 1 до 10 и более), что определяется их назначением, однако наибольшее распространение получили трёхканальные ГОЭС в составе тепловизионного и телевизионного канала, а также лазерного дальномера. Примером подобной оптико-электронной системы может служить ГОЭС-4 производства АО НПП «АМЭ», которая специально предназначена для установки на БПЛА «Форпост-Р» (УЗГА):

Данная оптико-электронная система имеет вес 32 кг и оснащена поворотной платформой, а также включает в себя помимо видеокамеры лазерный дальномер-подсветчик и тепловизионный блок в виде охлаждаемого средневолнового (3-5 мкм) тепловизионного модуля «ТМ-2»:

Обладая объективом с изменяемым фокусным расстоянием от 30мм до 300мм, этот тепловизионный модуль позволяет получать чёткое изображение различных объектов на расстоянии до 10км при полном отсутствии освещения. 

Назначение и комплектация ГОЭС

В зависимости от круга решаемых задач и оснащения ГОЭС, их можно разделить на несколько функциональных групп, что отражено в нижеприведённой таблице (информация по классификации ГОЭС приводится по материалам работ Бельского А.Б. из АО «НЦВ Миль и Камов»): 

Наименование ГОЭС	Решаемые задачи	Состав каналов
Обзорно-пилотажные ГОЭС	обеспечение ситуационнойосведомлённости безопасноговыполнения полёта (визуальная навигация)	видеокамера, камерыSWIR и LWIR,лазерный дальномер
Обзорно-поисковые ГОЭС	поиск, обнаружение ираспознавание типовых целей	видеокамера, камерыSWIR и MWIR,лазерный дальномер
Обзорно-прицельные ГОЭС	обнаружение целей инаведение на них средствпоражения	видеокамера, камерыSWIR и MWIR,лазерный дальномер - целеуказатель
Обзорно-оборонительныеГОЭС	обнаружение средств поражения противника, определение их координат и их сопровождение	видеокамера, камерыSWIR и MWIR,лазерный дальномер - целеуказатель и определитель лазерного пятна
ГОЭС воздушного мониторинга и разведки	обнаружение скрытых(замаскированных) объектов	видеокамера, камерыSWIR и MWIR,лазерный дальномер,УФ камера
ЛЛС (лазерно-локационныесистемы)	лазерная локация с наложением на видео	видеокамера, LiDAR итепловизор как дополнительная опция

Далее рассмотрим применение каждого из оптических каналов ГОЭС по отдельности.

Основной приборный комплекс ГОЭС

• Телевизионный канал. На сегодняшний день широкое распространение получили видеокамеры на основе мегапиксельных КМОП сенсоров (2К и 4К) с расширенным спектральным диапазоном (VIS-NIR) и оснащённые мощным трансфокатором, позволяющим осуществлять многократное оптическое увеличение.

• Коротковолновый ИК канал (0,9 – 1,7мкм). Камеры, работающие на короткой ИК волне (SWIR) необходимы прежде всего для визуализации объектов, находящихся за такими оптическими препятствиями как дым, туман, пелена осадков, затемнённое стекло. На данный момент уже доступны SWIR камеры не только с разрешением матрицы 640 х 512, но с full HD форматом 1280 х 1024, где шаг пикселя не превышает 5мкм.

• Длинноволновый ИК канал (8 - 14мкм). Чаще всего в ГОЭС применяются LWIR камеры на основе неохлаждаемых микроболометров из оксида ванадия (VOx), данные приборы обеспечивают полноценный обзор местности в тёмное время суток с хорошей степенью детализации благодаря высокому разрешению сенсора (1920 х 1080), а также отличаются повышенной компактностью.

• Средневолновый ИК канал (3-5мкм). Охлаждаемые камеры MWIR с детектором на основе теллурида кадмия ртути (КРТ) или антимонида индия (InSb) используются в тех случаях, когда необходимо обнаружение удалённых целей в ночное время, и, хотя они имеют более сложные оптические схемы, чем камеры SWIR и LWIR, однако также могут быть достаточно компактны и пригодны для установки в ГОЭС согласно параметрам виброустойчивости.

• Лазерный дальномер. Как известно, данный прибор используется для определения расстояния до объекта наблюдения и состоит из лазерного излучателя и фотоприёмного устройства (ФПУ). Чем больше расстояние до объекта, тем больше расхождение исходящего и отражённого луча, поэтому при измерении на больших дистанциях требуются ФПУ с большой апертурой, что увеличивает общие габариты и массу прибора, однако схемы компоновки, применяемые в современных устройствах, позволяют сохранять необходимую компактность лазерных дальномеров, встраиваемых в ГОЭС, без ухудшения измерительных показателей.

• Система лазерного сканирования LiDAR. Такие приборы устанавливаются на авиационные ГОЭС в случае необходимости составления цифровой карты подстилающей поверхности, для этого лазерный сканер должен обладать достаточной дальностью действия и иметь соответствующее поле зрения, а также не малое значение отводится количеству сканирующих лучей (сейчас распространены 16-ти и 32-х лучевые системы). 

• Канал ультрафиолетового диапазона (0,2 – 0,4мкм). УФ камеры предназначены для обнаружения объектов, которые лучше всего видны в ультрафиолетовом диапазоне спектра, будь то бронетехника с ИК маскировкой или коронарные разряды на ЛЭП.  Обычно они строятся на базе высокочувствительных КМОП сенсоров с использованием полосовых светофильтров и обладают мегапиксельным разрешением.

Естественно, что данный перечень охватывает только основные оптические каналы и не является полностью исчерпывающим, кроме того, приборы, используемые в ГОЭС, продолжают постоянно совершенствоваться с применением различных технических новшеств.

Основные направления технологического развития приборного комплекса ГОЭС.

1. Новые материалы и покрытия для изготовления оптических каналов. Основной целью внедрения новых технологий в этой сфере является минимизация приборной базы за счёт использования адаптивной гиперспектральной оптики (например, объективы с диапазоном пропускания от 0,2 до 14 мкм).
2. Переход к усовершенствованной компонентной базе оптико-электронных устройств. Это подразумевает прежде всего увеличение формата оптических матриц с одновременным уменьшением межпиксельного расстояния, что при повышении плотности пикселей даёт значительное улучшение качества изображения, а также постепенный переход к мультиспектральным сенсорам, что в перспективе должно уменьшить количество оптических каналов без потери функциональности ГОЭС.
3. Появление новых типов лазерных излучателей и ФПУ. Так создание нового поколения лазерных дальномеров подразумевает применение лазерных излучателей с частотой более 100 КГц и импульсной мощностью более 100 МДж, а также высокочувствительных ФПУ на основе т.н. «лавинных» фотодиодов. Помимо этого, происходит унификация лазерных приборов, когда один лазерный модуль может использоваться и в качестве дальномера, и как целеуказатель или подсветчик.
4. Новые технологии обработки сигнала, которые могут обеспечить интеграцию всех оптико-электронных каналов в единую систему визуализации. Например, такая интеграция на уровне приёма сигнала реализована в электронно-оптическом блоке FUSION:

Этот прибор позволяет сразу получать двухдиапазонное изображение, которое одновременно исходит от тепловизора LWIR и камеры видимого спектра.

Стремительное развитие приборного комплекса ГОЭС в последние годы сформировало и новые требования к разработке авиационных оптико-электронных систем в целом:

1. Объединение мультиспектральной ГОЭС и бортовой РЛС в единую информационно-аналитическую систему с общим центром автоматической обработки данных в режиме реального времени.
2.  Применение технологий улучшенного, синтезированного и комбинированного видения (EVS, SVS, CVS).
3. Интеллектуальная обработка полученных изображений, подразумевающая автоматическое обнаружение, распознавание и сопровождение выделенных объектов.
4. Увеличение скорости и объёма обработки данных за счёт применения более мощных микропроцессоров и улучшения пропускной способности каналов связи.
5. Миниатюризация аппаратных средств с одновременным улучшением их рабочих характеристик.
6. Стандартизация и унификация аппаратного и программного обеспечения ГОЭС.

           Реализация данных тезисов позволит создавать принципиально новые, универсальные модели ГОЭС, отвечающих современным эксплуатационным условиям и глобальным запросам пользователей.