АКТИВНО-ИМПУЛЬСНЫЙ ПРИБОР НОЧНОГО ВИДЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК G01S17/06 

Изобретение относится к средствам наблюдения в условиях ограниченной видимости и предназначено для использования в судовождении, при посадке самолетов, в горных и поисково-спасательных работах, для целей охраны, охоты, в военном деле.

Известны активно-импульсные приборы ночного видения (ПНВ) [1] в которых для повышения контраста изображения наблюдаемого объекта используется в качестве источника подсветки импульсный лазерный излучатель, а прием изображения производится электронно-оптическим преобразователем (ЭОП) с импульсной модуляцией коэффициента усиления, причем момент включения максимального усиления ЭОП регулируется относительно момента излучения лазерного импульса, что обеспечивает отсечку приема изображения прилегающего к ПНВ участка пространства, рассеяние света в котором дает наибольший вклад в фон, и возможность просматривания участков пространства, находящихся на различных расстояниях от ПНВ. В указанных ПНВ импульсная модуляция коэффициента усиления ЭОП обеспечивается применением ЭОП 1-го или 2-го (с микроканальным усилителем яркости изображения) поколений с дополнительным управляющим электродом затвором, на который подается импульсное управляющее напряжение с генератора строб-импульса. Недостатками указанных ПНВ с использованием ЭОП с затвором являются недостаточная глубина модуляции ЭОП, что приводит к наличию фона приемника изображения в закрытом состоянии и соответственно к снижению обнаружительной способности ПНВ и уменьшению дальности действия, а также невозможность применить ЭОПы более высоких поколений, поскольку введение дополнительного электрода затвора в такой ЭОП вступает в противоречие с малыми (доли миллиметра) размерами камеры переноса изображения или с технологией изготовления ЭОП с улучшенным (поколение 2+) или полупроводниковым (поколение 3) фотокатодами.

Указанные недостатки устранены в известном активно-импульсном ПНВ [2] являющимся наиболее близким по технической сущности к предлагаемому ПНВ и включающем ЭОП с микроканальным усилителем яркости изображения и n фокусирующих электродов, где n=0, 1, N (при n=0 фокусирующих электродов нет), импульсный лазерный излучатель, соединенный с генератором накачки, генератор строб-импульса, вторичный высоковольный источник постоянного напряжения, подключенный к межэлектродному промежутку экран выход микроканального усилителя яркости изображения, в блок временной задержки, включенный между генератором накачки и генератором строб-импульса. В указанном активно-импульсном ПНВ, в котором межэлектродный промежуток экран выход микроканального усилителя яркости изображения находится под постоянным напряжением, а модуляция усиления ЭОП производится подачей импульсного напряжения на межэлектродный промежуток фотокатод выход микроканального усилителя яркости изображения с низкоомного импульсного делителя напряжения, являющегося нагрузкой генератора строб-импульса, обеспечивается практически 100%-ная глубина модуляции усиления ЭОП, т.е. отсутствие обусловленного влиянием внешней засветки фона приемника изображения в закрытом состоянии, а также возможность применения ЭОП 2-го и более высоких поколений без специального электронного затвора.

Формирование в известном активно-импульсном ПНВ импульса модуляции усиления ЭОП с помощью генератора строб-импульса, нагруженного на низкоомный импульсный делитель напряжения, с передачей импульсного потенциала на электроды ЭОП через разделительные конденсаторы не позволяет реализовать большую длительность модулирующего строб-импульса, необходимую для обеспечения большой глубины зоны пространственной селекции ПНВ (т.е. зоны, в пределах которой наблюдается подсвеченное лазерным излучением изображение объектов) и соответственно повышения обнаружительной способности ПНВ, поскольку увеличение длительности строб-импульса связано с пропорциональным увеличением энергопотребления, что (с учетом длительной работы ПНВ как средства обзора) неприемлемо для малогабаритной портативной аппаратуры.

Учитывая, что активно-импульсный ПНВ работает как импульсный оптический локатор, имеется принципиальная возможность одновременного с наблюдением измерения расстояния до объектов путем измерения временного интервала между моментом посылки лазерного импульса и моментом включения усиления ЭОП, которому соответствует наблюдение подсвеченного лазерным излучением изображения объекта. Обеспечение приемлемой точности и удобства измерения расстояния требует при этом, во-первых, высокой крутизны фронтов нарастания и спада модулирующего строб-импульса и, во-вторых, выбора или достаточно малой или достаточно большой длительности строб-импульса, при которых исключается неоднозначность оценки расстояния при эксплуатации ПНВ.

Эта неоднозначность связана с выбором точки привязки отсчета расстояния к переднему или заднему фронту строб-импульса. При достаточно малой длительности строб-импульса, что соответствует малой пространственной глубине зоны видения, указанная неоднозначность не играет роли, если глубина зоны видения при этом не превышает допустимую погрешность измерения расстояния. Однако для практически допустимых погрешностей порядка десяти или нескольких десятков метров эквивалентная им глубина зоны видения ПНВ не позволяет обеспечить приемлемую обнаружительную способность ПНВ в активно-импульсном режиме.

Указанная неоднозначность также не играет роли при достаточно большой длительности строб-импульса, что соответствует большой пространственной глубине зоны видения, задняя граница которой может быть отнесена на расстояние, соответствующее, например, максимальной дальности действия ПНВ, определяемой его энергетическим потенциалом. В практических случаях это может составлять 1-2 км в зависимости от конкретной конструкции ПНВ, а, значит, позволяет оператору ПНВ (наблюдателю) при измерении расстояния однозначно ориентироваться, например, на привязку отсчета расстояния к переднему фронту строб-импульса (т.е. к моменту, когда объект наблюдения находится на передней границе зоны видения).

Реализация функции измерения расстояния в известном активно-импульсном ПНВ требует, таким образом, также увеличения энергопотребления из-за необходимости увеличения длительности строб-импульса (для исключения неоднозначности оценки расстояния) и из-за необходимости уменьшения сопротивления низкоомного импульсного делителя напряжения (для обеспечения высокой крутизны фронтов нарастания и спада строб-импульса).

Задача изобретения повышение обнаружительной способности активно-импульсного ПНВ, обеспечение измерения расстояния до наблюдаемых объектов и уменьшение энергопотребления.

Указанная задача решается (в зависимости от наличия и количества в известном активно-импульсном ПНВ [2] фокусирующих электродов) за счет того, что:
1) в известном активно-импульсном ПНВ, включающем электронно-оптический преобразователь с микроканальным усилителем яркости изображения, импульсный лазерный излучатель, соединенный с генератором накачки, генератор строб-импульса, вторичный высоковольтный источник постоянного напряжения, подключенный к межэлектродному промежутку экран выход микроканального усилителя яркости изображения, и блок временной задержки, включенный между генератором накачки и генератором строб-импульса, генератор строб-импульса выполнен в виде последовательно соединенных накопительного конденсатора, трансформатора с двумя вторичными повышающими обмотками и тиристорного коммутатора, двух диодных выпрямительных столбов, двух коммутирующих высоковольтных транзисторов и генератора запуска с парой выходов управления тиристорным коммутатором и двумя парами выходов управления соответствующими коммутирующими высоковольтными транзисторами, причем первая вторичная повышающая обмотка трансформатора через первый диодный выпрямительный столб соединена с первым коммутирующим высоковольтным транзистором и подключена к межэлектродному промежутку вход выход микроканального усилителя яркости изображения, вторая вторичная повышающая обмотка трансформатора через второй диодный выпрямительный столб соединена с вторым коммутирующим высоковольтным транзистором и подключена к межэлектродному промежутку фотокатод вход микроканального усилителя яркости изображения, пара выходов управления тиристорным коммутатором генератора запуска подключена к управляющим входам тиристорного коммутатора, каждая из двух пар выходов управления коммутирующими высоковольтными транзисторами генератора запуска подключены к переходу база-эмиттер соответствующего из двух коммутирующих высоковольтных транзисторов, при этом вход и выход блока временной задержки подключены к соответствующим входам дополнительного введенного измерителя временных интервалов, а для каждого из двух диодных выпрямительных столбов заряд переключения Q << C_xU, где C_x и U соответственно собственная емкость и рабочее напряжение межэлектродного промежутка, к которому подключена соответствующая из двух вторичных повышающих обмоток трансформатора через соответствующий из двух диодных выпрямительных столбов;
2) в известном активно-импульсном ПНВ, включающем электронно-оптический преобразователь с микроканальным усилителем яркости изображения и одним фокусирующим электродом, импульсный лазерный излучатель, соединенный с генератором накачки, генератор строб-импульса, вторичный высоковольтный источник постоянного напряжения, подключенный к межэлектродному промежутку экран выход микроканального усилителя яркости изображения, и блок временной задержки, включенный между генератором накачки и генератором строб-импульса, генератор строб-импульса выполнен в виде последовательно соединенных накопительного конденсатора, трансформатора с тремя вторичными повышающими обмотками и тиристорного коммутатора, трех диодных выпрямительных столбов, трех коммутирующих высоковольтных транзисторов и генератора запуска с парой выходов управления тиристорным коммутатором и тремя парами выходов управления соответствующими коммутирующими высоковольтными транзисторами, причем первая вторичная повышающая обмотка трансформатора через первый диодный выпрямительный столб соединена с первым коммутирующим высоковольтным транзистором и подключена к межэлектродному промежутку вход выход микроканального усилителя яркости изображения, вторая вторичная повышающая обмотка трансформатора через второй диодный выпрямительный столб соединена с вторым коммутирующим высоковольтным транзистором и подключена к межэлектродному промежутку фокусирующий электрод вход микроканального усилителя яркости изображения, третья вторичная повышающая обмотка трансформатора через третий диодный выпрямительный столб соединена с третьим коммутирующим высоковольтным транзистором и подключена к межэлектродному промежутку фотокатод фокусирующий электрод, пара выходов управления тиристорным коммутатором генератора запуска подключена к управляющим входам тиристорного коммутатора, каждая из трех пар выходов управления коммутирующими высоковольтными транзисторами генератора запуска подключена к переходу база -эмиттер соответствующего из трех коммутирующих высоковольтных транзисторов, при этом вход и выход блока временной задержки подключены к соответствующим входам дополнительно введенного измерителя временных интервалов, а для каждого из трех диодных выпрямительных столбов заряд переключения Q << C_xU, где C_x и U соответственно собственная емкость и рабочее напряжение межэлектродного промежутка, к которому подключена соответствующая из трех вторичных повышающих обмоток трансформатора через соответствующий из трех диодных выпрямительных столбов;
3) в известном активно-импульсном ПНВ, включающем электронно-оптический преобразователь с микроканальным усилителем яркости изображения и n фокусирующими электродами, где n 2,N, импульсный лазерный излучатель, соединенный с генератором накачки, генератор строб-импульса, вторичный высоковольтный источник постоянного напряжения, подключенный к межэлектродному промежутку экран выход микроканального усилителя яркости изображения, и блок временной задержки, включенный между генератором накачки и генератором строб-импульса, отличающийся тем, что генератор строб-импульса выполнен в виде последовательно соединенных накопительного конденсатора, трансформатора с (n+2) вторичными повышающими обмотками и тиристорного коммутатора, (n+2)-x диодных выпрямительных столбов, (n+2)-x коммутирующих высоковольтных транзисторов и генератора запуска с парой выходов управления тиристорным коммутатором и (n+2) парами выходов управления соответствующими коммутирующими высоковольтными транзисторами, причем первая вторичная повышающая обмотка трансформатора через первый диодный выпрямительный столб соединена с первым коммутирующим высоковольтным транзистором и подключена к межэлектродному промежутку вход выход микроканального усилителя яркости изображения, вторая вторичная повышающая обмотка трансформатора через второй диодный выпрямительный столб соединена с вторым коммутирующим высоковольтным транзистором и подключена к межэлектродному промежутку первый фокусирующий электрод вход микроканального усилителя яркости изображения, (n+1)-я вторичная повышающая обмотка трансформатора через (n+1)-й диодный выпрямительный столб соединена с (n+1)-м коммутирующим высоковольтным транзистором и подключена к межэлектродному промежутку n-й фокусирующий электрод (n-1)-й фокусирующий электрод, а (n+2)-я вторичная повышающая обмотка трансформатора через (n+2)-й диодный выпрямительный столб соединена с (n+2)-м коммутирующим высоковольтным транзистором и подключена к межэлектродному промежутку фотокатод n-й фокусирующий электрод, пара выходов управления тиристорным коммутатором генератора запуска подключена к управляющим входам тиристорного коммутатора, каждая из (n+2)-х пар выходов управления коммутирующими высоковольтными транзисторами генератора запуска подключена к переходу база-эмиттер соответствующего из (n+2)-х коммутирующих высоковольтных транзисторов, при этом вход и выход блока временной задержки подключены к соответствующим входам дополнительно введенного измерителя временных интервалов, а для каждого из (n+2)-х диодных выпрямительных столбов заряд переключения Q << C_xU, где C_x и U соответственно собственная емкость и рабочее напряжение межэлектродного промежутка, к которому подключена соответствующая из (n+2)-х вторичных повышающих обмоток трансформатора через соответствующий из (n+2)-х диодных выпрямительных столбов.

Применение в данном активно-импульсном ПНВ схемы генератора строб-импульса, формирующей при разряде накопительного конденсатора через тиристорный коммутатор вторичные импульсные напряжения на вторичных повышающих обмотках трансформатора, которые выпрямляются диодными выпрямительными столбами с малым зарядом переключения, позволяет осуществить формирование управляющих напряжений на межэлектродных промежутках ЭОП за счет заряда собственной емкости каждого межэлектродного промежутка с последующим ее разрядом коммутирующим транзистором. Относительно малая величина собственных емкостей межэлектродных промежутков (порядка 10 пФ) обеспечивает при этом высокую крутизну фронта нарастания импульсного напряжения (фронт включения) и снижает энергопотребление, а применение диодных выпрямительных столбов с зарядом переключения, много меньшим чем заряд, формируемый на собственной емкости межэлектродного промежутка, наряду с малыми утечками (в отсутствие делителей напряжения эти утечки определяются только утечками диодного столба, коммутирующего транзистора и утечками, определяемыми электронными потоками в ПНВ) обеспечивает прямоугольную форму строб-импульса в течение любого практически необходимого временного промежутка (в практическом случае определяется дальностью действия ПНВ, которая может составлять 1-2 км). Таким образом, данный ПНВ позволяет реализовать гибкую схему формирования строб-импульса любой необходимой длительности, в том числе длинного строб-импульса прямоугольной формы с высокой крутизной фронтов переключения, что исходно задается управляющими сигналами, поступающими с генератора запуска. Это повышает обнаружительную способность ПНВ за счет увеличения пространственной "глубины видения" при одновременном уменьшении энергопотребления.

Введение в состав ПНВ измерителя временных интервалов, который обеспечивает измерение временного промежутка между импульсом накачки лазерного излучателя (и соответственно импульсом излучения) и импульсом запуска генератора строб-импульса (и соответственно строб-импульсом), позволяет при наличии высокой крутизны фронта включения строб-импульса осуществлять достоверное измерение расстояния до объекта наблюдения по интервалу времени прохода лазерного излучения до объекта и обратно с привязкой задней границы интервала к фронту включения строб-импульса. При этом исключается вероятность ошибки измерения расстояния из-за неоднозначности выбора оператором ПНВ границы зоны пространственной селекции (т.е. передней или задней границы строб-импульса), к которой привязан отсчет расстояния, поскольку фронты включения и выключения в "длинном" строб-импульсе существенно разнесены по времени.

Генератор запуска в данном активно-импульсном ПНВ может быть выполнен в виде транзистора, резисторного делителя напряжения и трансформатора с первичной обмоткой, соединенной последовательно с транзистором и подключенной к источнику питания, обмоткой положительной обратной связи, подключенной параллельно резисторному делителю напряжения, и (n+3)-мя выходными обмотками, где n число фокусирующих электродов (n 0,1,2,N; случай n=0 соответствует конструкции ЭОП без фокусирующих электродов), причем первая выходная обмотка подключена к паре выходов управления тиристорным коммутатором через дополнительно введенную дифференцирующую R,C-цепочку, каждая из остальных (n+2)-х обмоток подключена к соответствующей из (n+2)-х пар выходов управления коммутирующими высоковольтными транзисторами, при этом выход резисторного делителя напряжения соединен с базой транзистора и подключен через разделительный конденсатор к входу генератора запуска.

При этом специфическая для указанного генератора запуска, представляющего собой блокинг-генератор, особенность формирования прямоугольного импульса с выбросом противоположной полярности на заднем фронте позволяет получить на первой выходной обмотке трансформатора за счет дифференцирования переднего фронта импульса R,C-цепочкой импульс управления включением тиристорного коммутатора генератора строб-импульса и использовать импульсы, получаемые на остальных (n+2)-х выходных обмотках, для сначала подзапирания коммутирующих высоковольтных транзисторов, что обеспечивает их устойчивость к пробою высоким напряжением, а затем к их срабатыванию по сигналу выброса противоположной полярности.

Данный активно-импульсный ПНВ может быть выполнен так, что один из выходов каждой из (n+2)-х пар выходов управления коммутирующими высоковольтными транзисторами генератора запуска, где n число фокусирующих электродов (n 0,1,2,N; случай n=0 соответствует конструкции ЭОП без фокусирующих электродов) подключен к базе соответствующего из (n+2)-х коммутирующих высоковольтных транзисторов через соответствующий из дополнительно введенных (n+2)-х диодов, параллельно каждому из которых подключена соответствующая из (n+2)-х дополнительно введенных групп контактов переключателя напряжения, выполненных с возможностью замыкания и размыкания.

Данное исполнение позволяет простым образом реализовать в дополнение к активно-импульсному и обычный пассивный режим работы ПНВ за счет подключения к базам коммутирующих высоковольтных транзисторов диодов, которые блокируют поступление импульсов управления включением этих транзисторов.

В настоящее время известны лишь активно-импульсные ПНВ с лазерной подсветкой и импульсной модуляцией коэффициента усиления ЭОП по межэлектродному промежутку фотокатод выход микроканального усилителя яркости изображения, имеющие малую длительность строб-импульса и соответственно малую глубину зоны пространственной селекции (около 100-200 м), что подтверждает новизну предлагаемого активно-импульсного ПНВ. При этом изобретательский уровень предлагаемого активно-импульсного ПНВ определяется неочевидной схемой управления модуляцией усиления ЭОП, которая обеспечивает формирование управляющих напряжений за счет заряда собственных емкостей межэлектродных промежутков ЭОП.

На фиг. 1 приведена структурная схема данного активно-импульсного ПНВ; на фиг. 2 4 схемы электрические, иллюстрирующие исполнение генератора строб-импульса и его подключение к ЭОП для соответственно случаев, когда ЭОП не имеет фокусирующих электродов, когда ЭОП снабжен одним фокусирующим электродом и когда число фокусирующих электродов больше или равно двум; на фиг. 5 временные диаграммы сигналов, иллюстрирующие работу ПНВ.

ПНВ содержит ЭОП 1 с микроканальным усилителем яркости изображения 2, n фокусирующими электродами 3 (n 0,1,2,N, случай n=0 соответствует конструкции ЭОП без фокусирующих электродов), экраном 4 и фотокатодом 5, при этом микроканальный усилитель яркости изображения 2 имеет вход и выход 7. ПНВ содержит также импульсный лазерный излучатель 8, соединенный с генератором накачки 9, вторичный высоковольтный источник постоянного напряжения 10, подключенный к межэлектродному промежутку экран выход микроканального усилителя яркости изображения, генератор строб-импульса 11 с генератором запуска 12, блок временной задержки 13, включенный между генератором накачки 9 и генератором строб-импульса 11, измеритель временных интервалов 14 с цифроиндикатором расстояния 15, подключенный к входу и выходу блока временной задержки 13. Генератор запуска имеет пару выходов управления тиристорным коммутатором 16 и (n+2) пары выходов управления тиристорным коммутатором 16 и (n+2) пары выходов управления коммутирующими высоковольтными транзисторами 17: 2 пары выходов 17 при отсутствии фокусирующих электродов; 3 пары выходов 17 при одном фокусирующем электроде; 4.(N+2) пары выходов 17 при числе фокусирующих электродов n 2,N. Импульсный лазерный излучатель 8 оптически сопряжен с передающим объектом 18, фотокатод 5 ЭОП оптически сопряжен с приемным объективом 19, экран 4 ЭОП оптически сопряжен с визирным окуляром 20, а цифроиндикатор 15 измерителя временных интервалов 14 оптически сопряжен с окуляром цифроиндикатора 21.

Генератор строб-импульса 11 выполнен в виде последовательно соединенных накопительного конденсатора C_н, трансформатора T₁ с двумя вторичными повышающими обмотками w₁, w₂ (случай n=0; нет фокусирующих электродов) или тремя вторичными повышающими обмотками w₁, w₂, w₃ (случай n=1; один фокусирующий электрод) или (n+2)-мя вторичными повышающими обмотками w₁, w₂, w_n+2 (случай n 2,N; два или более фокусирующих электродов) и тиристорного коммутатора VS₁, двух диодных выпрямительных столбов 1VD₁, 1VD₂ (случай n=0; нет фокусирующих электродов) или трех диодных выпрямительных столбов 1VD₁, 1VD₂, 1VD₃ (случай n=1; один фокусирующий электрод) или (n+2)-х диодных выпрямительных столбов 1VD₁, 1VD₂, 1VD_n+2 (случай n=2,N; два или более фокусирующих электродов), двух коммутирующих высоковольтных транзисторов VT₁, VT₂, (случай n=0; нет фокусирующих электродов) или трех коммутирующих высоковольтных транзисторов VT₁, VT₂, VT₃ (случай n=1; один фокусирующий электрод) или (n+2)-х коммутирующих высоковольтных транзисторов VT₁, VT₂, VT_n+2 (случай n= 2,N; два или более фокусирующих электродов) и генератора запуска 12 с парой выходов управления тиристорным коммутатором 16, подключенной к управляющему и отрицательному электродам тиристорного коммутатора VS₁, и (n+2) парами выходов управления коммутирующими высоковольтными транзисторами 17 (n=0,1,2, N), один из выходов каждой из которых подключен к эмиттеру, а другой к базе соответствующего из (n+2)-х коммутирующих высоковольтных транзисторов VT₁, VT₂, VT_n+2 через соответствующий из (n+2)-х диодов VD₁, VD₂,VD_n+2, параллельно каждому из которых подключена соответствующая из (n+2)-х групп контактов S₁, S₂,S_n+2 переключателя напряжения, выполненных с возможностью замыкания и размыкания. Накопительный конденсатор подключен через зарядный диод 2VD к источнику зарядного напряжения.

Первая вторичная повышающая обмотка w₁ трансформатора T₁ через первый выпрямительный столб 1VD₁ соединена с первым коммутирующим высоковольтным транзистором VT₁ и подключена к межэлектродному промежутку вход выход микроканального усилителя яркости изображения, имеющему собственную емкость C_x1.

Вторая вторичная повышающая обмотка w₂ трансформатора T₁ через второй диодный выпрямительный столб 1VD₂ соединена с вторым коммутирующим высоковольтным транзистором VT₂ и подключена:
при отсутствии в ЭОП фокусирующих электродов к межэлектродному промежутку фотокатод вход микроканального усилителя яркости изображения, имеющему собственную емкость C_x2;
при одном фокусирующем электроде в ЭОП к межэлектродному промежутку фокусирующий электрод вход микроканального усилителя яркости изображения, имеющему собственную емкость C_x2;
при числе фокусирующих электродов n=2,N к межэлектродному промежутку первый фокусирующий электрод вход микроканального усилителя яркости изображения, имеющему собственную емкость C_x2.

Третья вторичная повышающая обмотка w₃ трансформатора T₁ через третий диодный выпрямительный столб 1VD₃ соединена с третьим коммутирующим высоковольтным транзистором VT₃ и подключена для случая одного фокусирующего электрода в ЭОП к межэлектродному промежутку фотокатод - фокусирующий электрод.

При числе фокусирующих электродов N=2,N:
(n+1)-я вторичная повышающая обмотка w_n+1 трансформатора T₁ через (n+1)-й диодный выпрямительный столб 1VD_n+1 соединена с (n+1)-й коммутирующим высоковольтным транзистором VT_n+1 и подключена к межэлектродному промежутку n-й фокусирующий электрод (n-1)-й фокусирующий электрод, имеющему собственную емкость C_xn+1;
(n+2)-я вторичная повышающая обмотка w_n+2 трансформатора T₁ через (n+2)-й диодный выпрямительный столб 1VD_n+2 соединена с (n+2)-м коммутирующим высоковольтным транзистором VT_n+2 и подключена к межэлектродному промежутку фотокатод n-ый фокусирующий электрод, имеющему собственную емкость C_xn+2.

Генератор запуска 12 выполнен по схеме блокинг-генератора, включающей транзистор VT с режимозадающим резисторным делителем напряжения на основе резисторов R₁, R₂, выход которого (общая точка резисторов R₁, R₂) подключен к входу генератора запуска через разделительный конденсатор C₁ и соединен с базой транзистора VT, и трансформатор T₂, первичная обмотка которого включена последовательно с транзистором VT и подключена к источнику питания и фильтрующему конденсатору C₂, обмотка положительной обратной связи включена параллельно делителю напряжения R₁, R₂, а выходные обмотки подключены соответственно:
выходы первой обмотки 1w₁ к выходам управления тиристорным коммутатором 16 через дифференцирующую R,C-цепочку на основе конденсатора C_д и резистора R_д;
выходы остальных двух обмоток 1w₂, 1w₃ (случай n=0; нет фокусирующих электродов) или остальных трех обмоток 1w₂, 1w₃, 1w₄ (случай n=1; один фокусирующий электрод) или остальных (n+2)-х обмоток 1w₂, 1w₃,1w_n+3 (случай n=2, N; два или более фокусирующих электродов) к соответствующей из двух, трех или (N+2)-х пар выходов управления коммутирующими высоковольтными транзисторами 17.

Активно-импульсный ПНВ работает следующим образом.

1. Активно-импульсный режим работы. При подаче первичного питания генератор накачки 9 осуществляет импульсное питание импульсного лазерного излучателя 8, который генерирует частотную последовательность импульсов излучения. При этом импульс излучения 22 длительностью t_л, направляемый в момент времени t₀ через формирующую оптику передающего объектива 18 на наблюдаемый объект, распространяется до объекта, отражается от него и в момент времени t₁=t₀+2L/c, где L расстояние до объекта, а c - скорость света, принимается в виде импульса излучения 23 приемным объективом 19, который формирует изображение в плоскости фотокатода 5.

Питание ЭОП 1 осуществляется постоянным напряжением U₀, поступающим с выходов вторичного высоковольтного источника постоянного напряжения 10 на межэлектродный промежуток экран 4 выход 7 микроканального усилителя яркости изображения, и импульсным напряжением, формируемым генератором строб-импульса 11 на межэлектродных промежутках вход 6 выход 7 микроканального усилителя яркости изображения и в зависимости от количества фокусирующих электродов на межэлектродных промежутках:
фотокатод 5 вход 6 микроканального усилителя яркости изображения (при отсутствии фокусирующих электродов);
фокусирующий электрод 3 вход 6 микроканального усилителя яркости изображения, фотокатод 5 фокусирующий электрод 3 (при наличии одного фокусирующего электрода);
первый фокусирующий электрод вход 6 микроканального усилителя яркости изображения, n-й фокусирующий электрод (n-1)-й фокусирующий электрод, фотокатод 5 n-й фокусирующий электрод (при наличии двух и более фокусирующих электродов).

Формирование импульсных напряжений на межэлектродных промежутках ЭОП осуществляется следующим образом.

Генератор накачки 9 в момент времени t₀ выдает синхроимпульс 24, который поступает на вход блока временной задержки 13 и на вход измерителя временных интервалов 14. Блок временной задержки 13 формирует в момент времени t₂= t₀+t_зад, где t_зад время задержки, импульс запуска 25, который поступает на вход генератора запуска 12 (на разделительную емкость C₁) и на вход измерителя временных интервалов 14. Импульс запуска 25 вызывает открывание транзистора VT, при этом за счет положительной обратной связи между первичной обмоткой трансформатора T₂ и обмоткой обратной связи осуществляется быстрое (лавинообразное) переключение транзистора T₂ из закрытого состояния в состояние насыщения, после этого происходит рассасывание накопленных в базе транзистора носителей, что вызывает формирование на выходных обмотках 1w₁, 1w₂, 1w₃,1w_n+3 фронта включения и среза импульсов напряжения вида 26 длительностью t_и. После выхода транзистора T₂ из состояния насыщения происходит его запирание и затем формируется обратный выброс, обусловленный рассеянием магнитной энергии, накопленной в сердечнике трансформатора T₂, что вызывает формирование на выходных обмотках 1w₁, 1w₂, 1w₃,1w_n+3 фронта выключения с выбросом противоположной полярности 27.

Дифференцирующая цепочка C_д, К_д, подключенная к обмотке 1w₁, обеспечивает формирование импульса 28 за счет дифференцирования переднего фронта импульса 26, который поступает на управляющий электрод тиристорного коммутатора VS₁. При срабатывании последнего происходит разряд предварительного заряженного через диод 2VD накопительного конденсатора C_н через первичную обмотку трансформатора T₁, при этом генерируемые на вторичных повышающих обмотках w₁, w₂,w_n+2 импульсные напряжения выпрямляются диодными столбами 1VD₁, 1VD₂,1VD_n+2 и заряжают собственные емкости межэлектродных промежутков ЭОП C_x1, C_x2,C_xn+2 до напряжений соответственно U₁, U₂,U_n+2 вида 29. Малая величина заряжаемых собственных емкостей межэлектродных промежутков обеспечивает высокую крутизну фронта нарастания импульсных напряжений, а выбор зарядов переключения Q_i диодных выпрямительных столбов такой, что Q_i << C_xiU_i (i=1,2,n+2), обеспечивает прямоугольную форму перепада напряжения.

Импульсы напряжения вида 26 с выходов обмоток 1w₂, 1w₃,1w_n+3 трансформатора T₂ поступают на базы соответствующих высоковольтных коммутирующих транзисторов VT₁, VT₂,VT_n+2 (при этом диоды VD₁, VD₂,VD_n+2 шунтированы замкнутыми группами соответствующих контактов S₁, S₂,S_n+2 переключателя напряжения) и осуществляют подзапирание указанных транзисторов в течение времени t_и, а затем их открывание по выбросу противоположной полярности 27 на заднем фронте импульса 26. При этом происходит разряд собственных емкостей C_x1, C_x2,C_xn+2 межэлектродных промежутков, т.е. формируется задний фронт (фронт выключения) импульсных напряжений вида 29.

Таким образом, ЭОП 1 оказывается открытым для приема и усиления лазерного излучения, отраженного от объектов на местности и формирующего изображение объектов на фотокатоде 5, в течение времени t_и. Поток фотоэлектронов с фотокатода 5 под действием импульсных напряжений, формируемых на собственных емкостях межэлектродных промежутков ЭОП, ускоряется в промежутке между фотокатодом 5 и входом 6 микроканального усилителя яркости изображения 2, умножается при проходе с входа 6 на выход 7 микроканального усилителя яркости изображения и под действием постоянного напряжения U₀ вторичного высоковольтного источника постоянного напряжения 10 ускоряется в промежутке выход 7 микроканального усилителя яркости изображения экран 4, вызывая люминесценцию экрана 4. Усиленное по яркости изображение объекта, сформированное на экране 4, рассматривается визуально через визирный окуляр 20.

При этом объекты, подсвеченное лазерным излучением, изображение которых наблюдается на экране 4, расположены в диапазоне расстояний от ПНВ от L₁= ct_зад/2 до L₂= ct_зад/2 + c(t_и+t_л)/2, где L₂-L₁=c(t_и+t_л)/2 - глубина зоны пространственной селекции ПНВ ("глубина видения") с ближней границей L₁ и дальней границей L₂.

Измеритель временных интервалов 14, на входы которого поступают синхроимпульс 24 в момент времени t₀ и импульс запуска 25 в момент времени t₂= t₀+t_зад, преобразует временной интервал t₂-t₀=t_зад в цифровой код расстояния по соотношению L=ct_зад/2 и отображает величину расстояния L на цифроиндикаторе 15. Отсчет расстояния рассматривается визуально через окуляр цифроиндикатора 21. Поскольку реализуемый указанным образом отсчет расстояния привязан к ближней границе L₁ зоны пространственной селекции ПНВ (зоны видения), измерение расстояния до объекта наблюдения осуществляется оператором ПНВ (наблюдателем) путем изменения (увеличения) времени задержки t_зад до момента, соответствующего переходу от подсвеченного изображения объекта до исчезновения изображения объекта или до изображения объекта в обратном контрасте, когда видна тень от объекта на подсвеченном дальше расположенном фоне.

2. Пассивный режим работы. В пассивном режиме отключены генератор накачки 9, лазерный излучатель 8, измеритель временных интервалов 14, при этом на вход генератора запуска 12 поступает частотная последовательность импульсов запуска, частота повторения которых может быть уменьшена по сравнению с активно-импульсным режимом работы для уменьшения энергопотребления.

Питание ЭОП 1 в пассивном режиме осуществляется аналогично питанию в активно-импульсном режиме за исключением того, что за счет установки групп контактов S₁, S₂,S_n+2 переключателя напряжения в разомкнутое положение диоды VD₁, VD₂,VD_n+2 блокируют прохождение импульсов 27 открывания транзисторов VT₁, VT₂,VT_n+2 и, детектируя импульсы 26, обеспечивают подзапирание коммутирующих высоковольтных транзисторов. Таким образом, в пассивном режиме не формируется фронт выключения импульсных напряжений, а на собственных емкостях межэлектродных промежутков C_x1, C_x2,C_xn+2 удерживается постоянное напряжение, подпитываемое с частотой срабатывания генератора строб-импульса.

Данный активно-импульсный ПНВ позволяет реализовать наблюдение с любой практически необходимой длительностью строб-импульса t_и и соответственно глубиной зоны пространственной селекции (зоны видения) L₂-L₁=c(t_и+t_л)/2, что повышает обнаружительную способность прибора. Глубина зоны пространственной селекции может быть выбрана таким образом, чтобы ее задняя граница соответствовала характерной для конкретного образца ПНВ максимальной дальности видения. При характерных для ПНВ дальностях L_max порядка 1000-2000 м это соответствует длительности t_и+t_л=2L_max/c и соответственно длительности строб-импульса t_и (поскольку характерное время длительности импульса лазерной подсветки t_л составляет около 1 мкс или меньше) порядка 7-14 мкс. При этом обеспечиваются уменьшение энергопотребления в активно-импульсном режиме за счет отсутствия активной низкоомной нагрузки генератора строб-импульса, работающего на заряд-разряд собственных емкостей межэлектродных промежутков ЭОП, а также измерение расстояния до наблюдаемых объектов.

На фиг. 6 представлен общий вид портативного активно-импульсного ПНВ, созданного с использованием предлагаемого изобретения, с применением в качестве источника импульсной лазерной подсветки полупроводникового матричного излучателя и электронно-оптического преобразователя поколения 2+.

Литература
1. Орлов В. А. Петров В.И. Приборы наблюдения ночью и при ограниченной видимости. М. Воениздат, 1989, с. 115-118.

Патент РФ N 2040015 по заявке 5055295/23 с приоритетом от 20.07.92 - прототип.

Изобретение относится к средствам в условиях ограниченной видимости и предназначено для использования в судовождении, при посадке самолетов, в горных и поисково-спасательных работах. Активно-импульсный прибор ночного видения (ПНВ) включает электронно-оптический преобразователь с микроканальным усилителем яркости изображения, импульсный лазерный излучатель, генератор накачки, генератор строб-импульса, вторичный высоковольтный источник постоянного напряжения, подключенный к межэлектродному промежутку экран - выход микроканального усилителя яркости изображения, блок временной задержки, при этом генератор строб-импульса выполнен в виде последовательно соединенных накопительного конденсатора, трансформатора с двумя вторичными повышающими обмотками и тиристорного коммутатора, двух диодных выпрямительных столбов, двух коммутирующих высоковольтных транзисторов и генератора запуска с парой выходов управления тиристорным коммутатором и двумя парами выходов управления соответствующими коммутирующими высоковольтными транзисторами. Предложены также второй и третий варианты приборов ночного видения. Предложенные варианты позволяют повысить обнаружительную способность ПНВ в активно-импульсном режиме, обеспечить измерение расстояния до объектов наблюдения и уменьшить энергопотребление. 3 с. и 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Активно-импульсный прибор ночного видения, содержащий электронно-оптический преобразователь, включающий микроканальный усилитель яркости изображения, импульсный лазерный излучатель, соединенный с генератором накачки, генератор строб-импульса, вторичный высоковольтный источник постоянного напряжения, подключенный к межэлектродному промежутку экран - выход микроканального усилителя яркости изображения электронно-оптического преобразователя, и блок временной задержки, включенный между генератором строб-импульса, отличающийся тем, что генератор строб-импульса выполнен в виде последовательно соединенных накопительного конденсатора, трансформатора с двумя вторичными повышающими обмотками и тиристорного коммутатора, двух диодных выпрямительных столбов, двух коммутирующих высоковольтных транзисторов и генератора запуска с парой выходов управления тиристорным коммутатором и двумя парами выходов управления соответствующими коммутирующими высоковольтными транзисторами, причем первая вторичная повышающая обмотка трансформатора через первый диодный выпрямительный столб соединена с первым коммутирующим высоковольтным транзистором и подключена к межэлектродному промежутку вход выход микроканального усилителя яркости изображения электронно-оптического преобразователя, вторая вторичная повышающая обмотка трансформатора через второй диодный выпрямительный столб соединена с вторым коммутирующим высоковольтным транзистором и подключена к межэлектродному промежутку фотокатод вход микроканального усилителя яркости изображения электронно-оптического преобразователя, пара выходов управления тиристорным коммутатором генератора запуска подключена к управляющим входам тиристорного коммутатора, каждая из двух пар выходов управления коммутирующими высоковольтными транзисторами генератора запуска подключена к переходу база - эмиттер соответствующего из двух коммутирующих высоковольтных транзисторов, при этом вход и выход блока временной задержки подключены к соответствующим входам дополнительно введенного измерителя временных интервалов, причем для каждого из двух диодных выпрямительных столбов заряд переключения Q < < CxU, где Cx и U соответственно собственная емкость и рабочее напряжение межэлектродного промежутка, к которому подключена соответствующая из двух вторичных повышающих обмоток трансформатора через соответствующий из двух диодных выпрямительных столбов. 2. Активно-импульсный прибор ночного видения, содержащий электронно-оптический преобразователь, включающий микроканальный усилитель яркости изображения и фокусирующий электрод, импульсный лазерный излучатель, соединенный с генератором накачки, генератор строб-импульса, вторичный высоковольтный источник постоянного напряжения, подключенный к межэлектродному промежутку экран выход микроканального усилителя яркости изображения электронно-оптического преобразователя, и блок временной задержки, включенный между генератором накачки и генератором строб-импульса, отличающийся тем, что генератор строб-импульса выполнен в виде последовательно соединенных накопительного конденсатора, трансформатора с тремя вторичными повышающими обмотками и тиристорного коммутатора, трех диодных выпрямительных столбов, трех коммутирующих высоковольтных транзисторов и генератора запуска с парой выходов управления тиристорным коммутатором и тремя парами выходов управления соответствующими коммутирующими высоковольтными транзисторами, причем первая вторичная повышающая обмотка трансформатора через первый диодный выпрямительный столб соединена с первым коммутирующим высоковольтным транзистором и подключена к межэлектродному промежутку вход выход микроканального усилителя яркости изображения электронно-оптического преобразователя, вторая вторичная повышающая обмотка трансформатора через второй диодный выпрямительный столб соединена с вторым коммутирующим высоковольтным транзистором и подключена к межэлектродному промежутку фокусирующий электрод вход микроканального усилителя яркости изображения электронно-оптического преобразователя, третья вторичная повышающая обмотка трансформатора через третий диодный выпрямительный столб соединена с третьим коммутирующим высоковольтным транзистором и подключена к межэлектродному промежутку фотокатод фокусирующий электрод электронно-оптического преобразователя, пара выходов управления тиристорным коммутатором генератора запуска подключена к управляющим входам тиристорного коммутатора, каждая из трех пар выходов управления коммутирующими высоковольтными транзисторами генератора запуска подключена к переходу база эмиттер соответствующего из трех коммутирующих высоковольтных транзисторов, при этом вход и выход блока временной задержки подключены к соответствующим входам дополнительно введенного измерителя временных интервалов, причем для каждого из трех диодных выпрямительных столбов заряд переключения Q < < CxU, где Cx и U соответственно собственная емкость и рабочее напряжение межэлектродного промежутка, к которому подключена соответствующая из трех вторичных повышающих обмоток трансформатора через соответствующий из трех диодных выпрямительных столбов. 3. Активно-импульсный прибор ночного видения, содержащий электронно-оптический преобразователь, включающий микроканальный усилитель яркости изображения и n фокусирующих электродов, где n 2 N, импульсный лазерный излучатель, соединенный с генератором накачки, генератор строб-импульса, вторичный высоковольтный источник постоянного напряжения, подключенный к межэлектродному промежутку экран выход микроканального усилителя яркости изображения электронно-оптического преобразователя, и блок временной задержки, включенный между генератором накачки и генератором строб-импульса, отличающийся тем, что генератор строб-импульса выполнен в виде последовательно соединенных накопительного конденсатора, трансформатора с (n + 2) вторичными повышающими обмотками и тиристорного коммутатора, (n + 2)-х диодных выпрямительных столбов, (n + 2)-х коммутирующих высоковольтных транзисторов и генератора запуска с парой выходов управления тиристорным коммутатором и (n + 2) парами выходов управления соответствующими коммутирующими высоковольтными транзисторами, причем первая вторичная повышающая обмотка трансформатора через первый диодный выпрямительный столб соединена с первым коммутирующим высоковольтным транзистором и подключена к межэлектродному промежутку вход выход микроканального усилителя яркости изображения электронно-оптического преобразователя, вторая вторичная повышающая обмотка трансформатора через второй диодный выпрямительный столб соединена с вторым коммутирующим высоковольтным транзистором и подключена к межэлектродному промежутку первый фокусирующий электрод вход микроканального усилителя яркости изображения электронно-оптического преобразователя, (n + 1)-я вторичная повышающая обмотка трансформатора через (n + 1)-й диодный выпрямительный столб соединена с (n + 1)-м коммутирующим высоковольтным транзистором и подключена к межэлектродному промежутку n-й фокусирующий электрод (n 1)-й фокусирующий электрод электронно-оптического преобразователя, (n + 2)-я вторичная повышающая обмотка трансформатора через (n + 2)-й диодный выпрямительный столб соединена с (n + 2)-м коммутирующим высоковольтным транзистором и подключена к межэлектродному промежутку фотокатод n-й фокусирующий электрод электронно-оптического преобразователя, пара выходов управления тиристорным коммутатором генератора запуска подключена к управляющим входам тиристорного коммутатора, каждая из (n + 2)-х пар выходов управления коммутирующими высоковольтными транзисторами генератора запуска подключена к переходу база эмиттер соответствующего из (n + 2)-х коммутирующих высоковольтных транзисторов, при этом вход и выход блока временной задержки подключены к соответствующим входам дополнительно введенного измерителя временных интервалов, причем для каждого из (n + 2)-х диодных выпрямительных столбов заряд переключения Q < C_xU, где C_x и U соответственно собственная емкость и рабочее напряжение межэлектродного промежутка, к которому подключена соответствующая из (n + 2)-х вторичных повышающих обмоток трансформатора через соответствующий из (n + 2)-х диодных выпрямительных столбов. 4. Прибор по пп. 1 3, отличающийся тем, что генератор запуска выполнен в виде транзистора, резисторного делителя напряжения и трансформатора с первичной обмоткой, соединенной последовательно с транзистором и подключенной к источнику питания, обмоткой положительной обратной связи, подключенной параллельно резисторному делителю напряжения, и n + 3 выходными обмотками, где n число фокусирующих электродов электронно-оптического преобразователя, n 0, 1, 2 N, причем первая выходная обмотка подключена к паре выходов управления тиристорным коммутатором через дополнительно введенную дифференцирующую RC-цепочку, каждая из остальных (n + 2)-х обмоток подключена к соответствующей из (n + 2)-х пар выходов управления коммутирующими высоковольтными транзисторами, при этом выход резисторного делителя напряжения соединен с базой транзистора и подключен через разделительный конденсатор к входу генератора запуска. 5. Прибор по пп. 1 3, отличающийся тем, что один из выходов каждой из (n + 2)-х пар выходов управления коммутирующими высоковольтными транзисторами генератора запуска, где n число фокусирующих электродов электронно-оптического преобразователя, n 0, 1 N, подключен к базе соответствующего из (n + 2)-х коммутирующих высоковольтных транзисторов через соответствующий из дополнительно введенных (n + 2)-х диодов, параллельно каждому из которых подключена соответствующая из (n + 2)-х дополнительно введенных групп контактов переключателя напряжения, выполненных с возможностью замыкания и размыкания.