Средство создания "прозрачных" закрытых помещений, видеокамуфляжа и видеоизображения не существующих материальных объектов Российский патент 2020 года по МПК F41H3/00 

Изобретение относится к области военной техники, а именно к средствам укрытия и маскировки и может использоваться для повышения качества камуфляжа, а также обеспечения наблюдения экипажам боевой техники поле боя.

В настоящий момент, в связи с резким возрастанием стоимости военной техники и подготовленного солдата значительно вырос интерес к проблеме маскировки военной техники и личного состава вооруженных сил.

Создаются камуфляжные плащи и накидки на принципах создания пограничного слоя с полным внутренним отражением, они являются высокотехнологичными с большими материальными затратами на НИОКР, как в США, так и в Китае. Спектр частот слоя с полным внутренним отражением достаточно узок, как и температурный диапазон работы такого камуфляжа. Все разрабатываемые варианты требуют источник электропитания с солидным потреблением энергии, ограничены климатическими условиями работы.

Для военной техники разработка камуфляжных покрытий пока находится на стадии поиска путей решения задачи.

В научно-исследовательской программе, проводимой исследовательской лабораторией ВВС США в 1990 году, были рассмотрены угрозы, ожидающие боевых летчиков на перспективных театрах военных действий (ТВД), а также требования к перспективным кабинам боевых самолетов и системам синтезирования изображения. Вопросы, поднятые при рассмотрении программы, названной PCCADS (Panoramic Cockpit Control and Display System), направлены на решение задачи обеспечения летчика дисплеями с большой полезной площадью экрана и НСЦОИ (Нашлемная Система Целеуказания и Обеспечения Информацией), обеспечивающей наведение управляемого оружия (УО) вне линии визирования цели бортовыми датчиками.

Сведений о поиске решений видеокамуфляжа и систем изменения видеосигнатуры объектов в видимом и инфракрасном спектрах для авиатехники в открытой печати не найдено.

В настоящее время ряд зарубежных кампании и исследовательских институтов выполняют НИОКР по интеграции систем отображения информации (СОИ) на летательных аппаратах с системами управления.

Специалисты американской компании "Гармин интернэшнл" (Garmin International) проводят работы по внедрению в бортовое радиоэлектронное оборудование (БРЭО) современных самолетов технологий, реализованных при создании сенсорных экранов сотовых телефонов и портативных компьютеров. Проверка разработок будет выполняться на самолетах "Хонда Джет" и "Пайпер Джет", оснащенных СОИ типа G3000, которая отличается тем, что в дополнение к трем широкоформатным жидкокристаллическим экранным индикаторам (ЖК ЭИ, по одному основному для члена экипажа и общий средний) в кабине установлены сенсорные ЭИ-системы самолетовождения с органами управления (меню), аналогичными ПЭВМ. Это позволило отказаться от кнопок, переключателей и клавишей в пользу интуитивного управления БРЭО.

С мая 2009 года при финансировании со стороны Европейского союза реализуются 30-месячные НИОКР по созданию опытного образца СОИ, в котором приборная доска и центральный пульт управления представляют единый экран. В программе создания так называемой полиэкранной интерактивной системы индикации кабины экипажа ODICIS (One Display for Cockpit Interactive Solution) в рамках развития человеко-машинного интерфейса HMI (Human-Machine Interface) принимают участие девять фирм и научно-исследовательских организаций из семи европейских стран во главе с французской компанией "Талес авионикс".

Полиэкран характеризуется минимально возможным (с точки зрения развития современных технологий) расстоянием между отдельными индикаторами. Изображение на единой поверхности формируется проектором, разработанным по технологии изготовления ЭИ на элементах ДМД (DMD - Digital Mieromirror Device) или структурах "жидкий кристалл на кремнии" LCoS (Li-quid-Crystal-on-Siliconc). В отличие от традиционной приборной доски и пультов управления полиэкран для улучшения эргономики может быть изогнут с учетом особенностей конструкции кабины Полиэкранная (ПЭ) система предназначена прежде всего для решения трех основных вопросов:

- снижение рабочей нагрузки на экипаж за счет оптимизации пользовательского поля экрана;

- обеспечение непрерывности отображения информации, благодаря тому что единый ПИ имеет многосенсорные возможности и позволяет экипажу одновременно манипулировать различными виртуальными средствами управления и изображениями, например клавиатурой и картой местности.

- обеспечение гибкости архитектуры БРЭО, что дает возможность менять его состав, не изменяя инструментального оборудования.

Решение этих вопросов позволит повысить эффективность работы экипажа и безопасность полетов. В числе потенциальных преимуществ эксперты называют также более низкую стоимость как самого оборудования, гак и его технического обслуживания.

Программа ODICIS ориентирована на достижение технологический готовности разработки через три-четыре года.

Полиэкранной системой индикации с цифровой проекционной установкой и двойным резервированием планировалось оснастить истребитель пятого поколения F-35 "Лайтнинг-2". Однако требуемые технологии не были созданы в срок, и он был оснащен отдельными близко расположенными сенсорными ПЭ, которые функционируют по аналогии с единым экранным пространством.

За последние семь лет под патронажем управления перспективных разработок и исследований министерства обороны США (ДАРПА) американская корпорация "Юниверсал дисплей" заключила с научно-исследовательскими организациями МО США ряд контрактов на разработку собственных технологий создания ПЭ В их основе лежат органические светодиоды OLFD (Organic Light-Emitting Diode), которые по сравнению с ЖК ЭИ имеют более высокие цветовой диапазон, контрастность и быстродействие. На основе органических светодиодов возможно создание гибких дисплеев для замены, например, используемых в настоящее время летчиками печатных карт полета и контрольных листов.

В частности, по контрактам с сухопутными войсками и ВВС США компания "Юниверсал дисплей" совместно с "LG текнолоджи" и "L-З коммюникейшнз" ведет работы по внедрению технологий органических светодиодов с активной матрицей в опытные образцы гибких дисплеев на подложке из металлической фольги.

В рамках контракта, заключенного в июне 2009 года промышленные компании поставляют ВВС США опытные образцы переносных полноцветных дисплеев размером по диагонали 152 мм. Такие - сворачиваемые в рулон - ЭИ безопасны при катапультировании.

Танк «Меркава IV», возможно, получит нашлемную систему система индикации «Железное зрение» (Iron Vision) компании «Элбит» (Elbit), которая позволит членам экипажа «наблюдать» за обстановкой вне танка с помощью нескольких внешних видеокамер, не открывая при этом люка.

Известна (RU, патент 150960, опубл. 10.03.2015) маскировочная накидка для боевой техники, выполненная из зеркальных листов нержавеющей стали шириной от 500 до 1000 мм, собранных в гармошки путем шарнирных соединений, при этом гармошки скреплены между собой в виде передней, задней, боковых правой и левой частей, изготовленных по размеру боевой техники, при этом конструкция крепится на кольце, имеющем замковое устройство и устанавливаемым вверху боевой техники.

Известная маскировочная накидка не обеспечивает защиту ни военной техники, ни личного состава.

Известна (RU, патент 2546470, опубл. 10.04.2015) маскировочная сеть, содержащая несущую сетевую основу из расположенных в поперечном и продольном направлениях нитей, размещенных со свободными промежутками относительно друг друга, электропроводные с, по крайней мере, одной стороны полимерные ленты с металлическим покрытием, слой, повторяющий с обеих сторон форму распределенных по его поверхности углублений и/или выступов, маскировочный цветонесущий слой, причем нити несущей сетевой основы размещены с образованием ячеек, полимерные ленты выполнены в виде слоя, повторяющего с обеих сторон форму распределенных по его поверхности углублений и (или) выступов, металлическое покрытие выполнено отражающим и нанесено на поверхность полимерных лент с, по крайней мере, одной стороны, маскировочный цветонесущий слой нанесен на соответствующее отражающее покрытие, а углубления и выступы выполнены в виде конструкций с остроконечной или/и закругленной вершиной, обеспечивающих отражение на своих боковых поверхностях лоцирующего излучения в, по крайней мере, одном направлении, отличном от источника лоцирующего излучения, при этом полимерные ленты размещены в поперечном направлении или продольном направлении в соответствующих последовательно расположенных ячейках с возможностью их удержания соответствующими сторонами ячеек.

Известная маскировочная сеть не обеспечивает защиту ни военной техники, ни личного состава.

Известен (RU, патент 2632271, опубл. 03.10.2017) способ противодействия оптико-электронной разведке, заключающийся в нанесении на одну или несколько поверхностей маскируемого объекта, или маскировочного устройства, или камуфляжной ткани, или нетканого листового материала, маскирующих объект, набора пятен неправильной формы, представляющих собой полутоновой растр, частота которого выбрана так, чтобы элементы растра воспринимались при наблюдении с малых расстояний как отдельные пятна, а при наблюдении с больших расстояний группировались в крупные блоки, причем пятна создают путем объединения и замыкания в контур пятна фрагментов границ береговой линии произвольно выбранного материка, полуострова или фрагментов границ государств (республик) на электронной карте с использованием графических редакторов, при этом для маскировочного окрашивания объекта выбираются пятна, фрактальная размерность которых максимально близка к фрактальной размерности элементов фоновой области, на которой маскируется объект.

Известный способ не обеспечивает защиту ни военной техники, ни личного состава.

Известен (RU, патент 2676574, опубл. 29.01.2019) многослойный низкоэмиссионный материал, содержащий текстильную основу, внутренний теплоотражающий слой, кроме того, материал дополнительно содержит на наружной поверхности текстильной основы либо низкоэмиссионное покрытие с металл-диэлектрической структурой Аl₂O₃ (55 нм) - Cu (10 нм) - Al₂O₃ (55 нм), прозрачное в видимом и ближнем инфракрасных диапазонах частот электромагнитного излучения, либо низкоэмиссионное покрытие, в качестве которого используется электропроводящий полупроводник, такой как оксид индия легированный оловом толщиной 600 нм.

Известный материал не обеспечивает защиту ни военной техники, ни личного состава.

Техническая проблема, решаемая с использованием разработанного средства, состоит в том, что необходима замена существующих конструкций, поскольку существующие видеодисплеи, принципиально пригодные для использовании в технологии видеокамуфляжа, имеют ограниченную возможность формировать криволинейные экраны, высокую технологическую сложность при создании источника изображения произвольной формы, а также низкую механическую прочность и подвержены химическому, термическому воздействию.

Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, состоит в повышении защиты военной техники и личного состава за счет обеспечении видеокамуфляжа объектов военной техники, путем создания ее квазиневидимости, и обеспечении возможности наблюдения личным составом зоны проведения военных действий.

Предлагаемое техническое решение способно работать в:

- активном режиме, с цифровой обработкой сигналов, коррекцией их, добавлением визуальной информации от сторонних источников. Активный режим обеспечивает отсутствие возможности воздействия лазерного излучения на глаза людей, защищенных данной системой камуфляжа и передачи видеоинформации. Передача видеосигнала производится стандартными аналоговыми, или цифровыми электронными методами;

- интерактивном (выдача на экраны визуальной информации + получение информации от нашлемных и иных оптических целеуказателей) с возможным визуальным контролем предэкранного пространства и совмещением с технологией touchpad.

На основе данного технического решения возможно:

- создание жесткой конструкции для крепления на военной технике и использования, как эффективный видеокамуфляж (корректор сигнатуры в видимом и инфракрасном спектре), получения «прозрачных» закрытых и забронированных помещений военной и иной техники любой формы, зарытых «прозрачных» кабин авиационной, морской и наземной техники, практически с любой необходимой точностью воспроизведения и степени интерактивности.

- создание гибких материалов типа «ткань» для видеокамуфляжных накидок для техники, объектов имитации наличия техники и личного состава.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать средство создания «прозрачных» закрытых помещений, видеокамуфляжа и видеоизображения не существующих материальных объектов разработанной конструкции. Указаное средство содержит, по меньшей мере, один слой из скрепленных между собой параллельно расположенных конструктивных элементов, представляющих собой отрезки многомодового линзированного оптоволокна (пропускающего спектр видимого и инфракрасного диапазона), причем на первых торцевых поверхностях указанных оптоволокон, размещенных вне помещения, с одной стороны закреплены средства приема изображения из вне и передачи этого изображения по оптоволокну, подключенные к процессору, а на вторых торцевых поверхностях другой стороны, закреплены средства приема и воспроизведения изображения, также подключенные к процессору.

В некоторых вариантах реализации вторые торцевые поверхности слоя оптоволокон размещены внутри помещения. Это делает стены помещения квази прозрачными, позволяя личному составу военной техники (танка, боевой машины пехоты самолета и т.д.) видеть, что происходит за пределами помещения, не покидая его и не подвергая себя опасности.

В других вариантах реализации вторые торцевые поверхности слоя оптоволокна размещены вне помещения с другой стороны, В этом случае на указанных вторых торцах волокон будет проектироваться изображение местности, расположенной перед первыми торцами средства, что в пределе полостью маскирует объект, на котором установлено средство.

Достижение указанного технического результата основано на использовании конструкции, составленной из оптоволокна, пропускающих свет видимого и инфракрасного спектра (с линзирующими свойствами, используемыми в оптоволоконных жгутах), но скрепленными между собой. Оптоволокно играет линзирующую роль, снижает влияние боковых отсветов, является механически устойчивой и термостойкой составляющей конструкции.

На фиг. 1 показан пример реализации разработанного способа.

На фиг. 1 показаны два торца изогнутого оптоволоконного жгута. Если под жгут положить предмет, наблюдатель (наблюдающий с торца) его не увидит, он увидит то, что находится за другим концом жгута (оптический камуфляж). Торец каждого оптоволокна в жгуте выполняет роль пикселя устройства отображения видеоинформации.

Недостатком подобного решения можно признать использование огромных объемов оптоволоконных жгутов. Да и характер такого решения явно избыточен, нет необходимости воспроизводить изображение в любой момент времени, достаточно стандартной системы видеоразвертки.

Самый простой способ использования оптического камуфляжа на цилиндрической поверхности для наблюдающего данную фигуру в профиль показан на фиг. 2

Показаны оптоволокна с диаметром, определяющим качество окончательного изображения (размер пикселя изображения). Цилиндр покрыт оптоволокном полностью (не показано)

Как известно, оптоволокно (речь о линзирующем и многомодовом, проводящем весь спектр видимого света и инфракрасный диапазон) проводит волны света, потерями которых на коротком расстоянии можно пренебречь.

Наблюдатель со стороны будет видеть только то, что находится за цилиндром.

Разработанное техническое решение может быть реализовано на современном уровне развития применения волоконной оптики.

В дальнейшем будет рассмотрена (для упрощения) основная составляющая технического решения конструкции модифицированный отрезок оптоволокна (фиг. 3).

Данный конструкционный элемент состоит из отрезка многомодового линзирующего оптоволокна, у которого есть сторона А (к закрепленными на торце микроэлектронными элементами и излучающее-воспринимающая сторона Б.

Конструкция, состоящее из скрепленных параллельно таких модифицированных конструкционных элементов назовем «видеокамуфляжным покрытием» соответственно со стороной А и стороной Б. В дальнейшем свойства всего покрытия будут определяться локальными свойствами (диаметром) оптоволокон, из которых состоит видеокамуфляжное покрытие. Диаметр оптоволокна определяет размер пикселя изображения на видеокамуфляжном покрытии, сегодня это 50 микрон.

Торец «А» оптоволокна является стороной одновременно и принимающей изображение и излучающей (через торец «Б») изображение. Свойства оптоволокна - многомодовое, линзируюшее, пропускающее видимый спектр и инфракрасную область спектра, диаметр задают характеристики воспроизведения. Кроме того, воспроизведение зависит от сектора обзора наблюдаемого объекта и от расстояния между объектом и наблюдателем.

На фиг. 3 торец оптоволокна «А» является принимающим и излучающим одновременно. Торец оптоволокна Б является только излучающим. Это аналог «торчащих из цилиндра» (фиг. 2) оптоволокон, которые играют роль излучающих пикселей изображаемой поверхности.

Сторона «А» закреплена на камуфлируемом объекте. На стороне А расположены (закреплены техническими методами): 1. Излучающий видеоизображение субписксель 1, принимающий видеоизображение субпиксель 3, широкополосный пиксель 3 (принимающий и излучающий ИК диапазон). Не пересечение информации от датчиков обеспечивает разнос их работы по тактовой частоте. Технологически ИК пиксель их можно разделить на 2 разнофункциональных (один - излучающий в широком спектре, для изменения сигнатуры объекта в инфракрасном диапазоне, другой - пеленгующий ИК облучение. В случае потребности в лазерном целеуказании (от систем нашлемного или иного целеуказания, может потребоваться еще один датчик (на стороне А), реагирующий на лазерное целеуказание.

Ниже приведены возможное варианты реализации разработанного технического решения.

На фиг. 4 приведен пример использования разработанного технического решения для видеокамуфляжа.

Вся поверхность непрозрачного куба покрыта камуфляжным покрытием. (Для наглядности показаны две оптоволоконные конструкции из всего покрытия, крепеж не показан). Торец «А» оптоволоконной конструкции (см. фиг. 3) со стороны 1 посредством субпикселя RGB (3 на фиг. 3) снимает цветовые показатели падающего на него света и после обработки и передачи сигнала цифровыми электронно-оптическими методами (каналы передачи и обработки информации условно не показаны), это изображение передается и воспроизводится субпикселем RGB (1 на фиг. 3) на стороне 2. За счет разнесения работы всех субпикселей по тактовой частоте, снятая видеоинформация на торце А оптоволокна 1 субпикселем RGB (3 на фиг. 3) будет отображена на конце Б оптоволокна 2. Аналогично снимают видеоизображение со стороны 2 (фиг. 4) и воспроизводится субпикселем RGB 1 на стороне 1.

Таким образом, покрыв непрозрачный куб камуфляжным покрытием, 98% изображения для наблюдателя с любой из сторон будет состоять из того, что находится за непрозрачным кубом. Остальные 2% будут являться затемненным шумом на видеоизображении. При наличии электронной базы видеоизображений можно использовать данную систему не только, как «видеокамуфляж», но и выводить электронными методами изображение любого предмета (статичного, или динамичного), «встраивая его в общий видеофон» и имитировать посредством видеоизображений любой статичный, или динамичный образ. В понятие «видеокамужфляжное покрытие» в данном контексте входит монтаж таковых конструкций (в виде жестких конструкций, мягких настилаемых кострукций (к примеру настилаемых на земле и изображающих не существующую в данном месте технику), самоклеящейся пленки, так и использование таковых «тканевых покрытий» личным составом.

Техническое средство, покрытое Камуфляжным покрытием способно фиксировать всю видеоинформацию вокруг технического средства.

Расположив аналогичный слой камуфляжного покрытия только с излучающими субпикселями 1 (Рис. 3) в физически закрытом пространстве (на внтренних конструкциях и стенах закрытого помещения), получаем возможность онлайн-трансляции видео наружной обстановки с любой заданной точностью воспроизведения (это зависит только от диаметра оптоволокон), составляющих покрытие. Принимающий субпиксель 3 (Рис. 3) наружного покрытия стороной А (Рис 3 Рис 4) снимает все видеоизображение снаружи и через цифровые системы транслирует это видео через субпиксель 1 (Рис. 3) внутреннего камуфляжного покрытия потребителям забронированного пространства. Люди не видят стенок внутреннего пространства (в меру необходимости), только наружное видеоизображение (которое можно скомпилировать в удобной форме, дополнить информацией от сторонних источников информации электронными методами). Получение видеоинформации в забронированном (закрытом) пространстве не зависит от, наличия видеокамер. В связи с многоканальностью системы, незначительные повреждения приведут к незначительному ухудшению наружного видеоизображения.

В варианте «прозрачных» закрытых помещений разработанное техническое решение работает следующим образом.

Все происходит, как и в предыдущем варианте, но на стороне А (фиг.. 3) камуфляжного покрытия закрытого помещения добавляется лазерный сенсор, настроенный на систему нашлемного, или иного целеуказания, делая такую систему интерактивной при возможном онлайн видеоконтроле закрытого помещения (передача видео по радиоканалам стороннему потребителю) при необходимости видеоконтроля всего, что происходит в закрытом помещении), при необходимости не сложно внутреннюю часть закрытого помещения дополнить технологией touch pad на стороне Б камуфляжного покрытия внутри забронированного помещения.

В случаях, когда необходима максимальная подлинность внешнего видео, к примеру, для пилота самолета, ориентация оптововолоконных конструкций внешней части камуфляжного покрытия на корпусе устройства (и внутри и снаружи) определяется направлением взгляда пилота.

На внешней стороне закрытого помещения (на стороне А оптоволоконной конструкции) полезно поместить микроболометрические матрицы (боковая засветка при таком принципе размещения им не страшна) и т.п. для наблюдения окружающего пространства в ИК лучах. Также возможно размещение датчиков лазерного целеуказания противника с быстрым определением направления источника облучения. Все субпиксели, излучатели и датчики работают раздельно за счет разнесения по тактовой частоте.

Поскольку оптоволокно (особенно скрепленное таким образом) механически прочно, выдерживает температуры до 1400°С, то имеет смысл оборудовать такой камуфляжной поверхностью (с частичным функционалом - передача изображения) управляемые и самоуправляемые (с управлением по образу) устройства нападения: дроны, дроны-камикадзе, ракеты с видеоуправлением, ПТУР и пр., обзорные перископы ПЛ и т.п.

Изобретение относится к области военной техники, а именно к средствам укрытия и маскировки, и может использоваться для повышения качества камуфляжа, а также обеспечения наблюдения экипажам боевой техники на поле боя. Средство содержит, по меньшей мере, один слой из скрепленных между собой параллельно расположенных конструктивных элементов, представляющих собой отрезки многомодового линзированного оптоволокна, причем на первых торцевых поверхностях указанных оптоволокон, размещенных вне помещения, с одной стороны закреплены средства приема изображения извне и передачи этого изображения по оптоволокну, подключенные к процессору, а на вторых торцевых поверхностях другой стороны закреплены средства воспроизведения изображения, также подключенные к процессору. Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, состоит в повышении защиты военной техники и личного состава за счет обеспечения видеокамуфляжа объектов военной техники, путем создания ее квазиневидимости, и обеспечения возможности наблюдения личным составом зоны проведения военных действий из закрытых помещений. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Средство создания «прозрачных» закрытых помещений, видеокамуфляжа и видеоизображения не существующих материальных объектов, характеризующееся тем, что оно содержит, по меньшей мере, один слой из скрепленных между собой параллельно расположенных конструктивных элементов, представляющих собой отрезки многомодового линзированного оптоволокна, пропускающего спектр видимого и инфракрасного диапазона, причем на первых торцевых поверхностях указанных оптоволокон, размещенных вне помещения, с одной стороны закреплены средства приема изображения извне и передачи этого изображения по оптоволокну, подключенные к процессору, а на вторых торцевых поверхностях другой стороны закреплены средства приема и воспроизведения изображения, также подключенные к процессору.

2. Средство по п. 1, отличающееся тем, что вторые торцевые поверхности слоя оптоволокон размещены внутри помещения.

3. Средство по п. 1, отличающееся тем, что вторые торцевые поверхности слоя оптоволокон размещены вне помещения с другой стороны