Искатель контраста

В «Суале» сочеталась контрастная ГСН с линией передачи данных к самолету-носителю, которая позволяла управлять вручную.

Оптические контрастные ГСН , или просто контрастные ГСН , представляют собой разновидность системы наведения ракеты , использующей телевизионную камеру в качестве основного входа . Камера сначала направляется на цель, а затем фиксируется, позволяя ракете лететь к цели, сохраняя стабильное изображение в поле зрения камеры.

Первой серийной ракетой, в которой использовалась контрастная ГСН, была AGM-65 Maverick , разработка которой началась в 1960-х годах и поступила на вооружение в 1972 году. Система не получила широкого распространения, поскольку другие технологии наведения, такие как лазерное наведение и GPS более распространенными стали . но та же основная концепция используется в камерах слежения за объектами, включая системы наведения лазерных целеуказателей .

Контрастные ГСН следует отличать от телевизионных систем наведения , в которых прямой телевизионный сигнал транслируется на стартовую платформу, которая затем использует ручное наведение для атаки цели. Примеры телевизионного наведения включают Martel и AGM-62 Walleye . Иногда используется термин «контрастный контур», но его можно спутать с системами TERCOM .

Основная концепция

Аналоговые телекамеры сканируют изображение как серию горизонтальных линий, которые расположены вертикально, образуя сетку или «рамку». Продвижение камеры по кадру тщательно контролируется электронными таймерами, известными как генераторы временной развертки , которые создают плавно возрастающее напряжение . Когда камера сканирует изображение, яркость сканируемого в данный момент места также представляется в виде напряжения. Серия изменяющихся напряжений от датчика формирует амплитудно-модулированный (АМ) сигнал, который кодирует изменения яркости вдоль любой заданной линии сканирования. К сигналу добавляются дополнительные всплески напряжения, указывающие на окончание линии или кадра.

Искатель контраста — это простое устройство, которое можно реализовать с использованием базовой аналоговой электроники. Сначала он использует некоторую форму автоматической регулировки усиления для регулировки яркости изображения до тех пор, пока оно не будет содержать области с высококонтрастными пятнами. Это создает сигнал напряжения смещения, отражающий уровень яркости фона, выделяя более яркие объекты. Любое быстрое изменение контрастности вдоль заданной линии сканирования приводит к внезапному изменению напряжения на камере. Если изменение превышает выбранный порог, оно запускает вторую схему, которая отправляет выходной сигнал двух генераторов развертки развертки в конденсаторы. Таким образом, конденсаторы хранят значение напряжения, представляющее координаты Y и X любого высококонтрастного пятна на изображении.

Изображение с камеры ракеты также передается в кабину, где оно появляется на небольшом телевизионном экране, часто одном из многофункциональных дисплеев самолета . Ракета первоначально наводится на цель вручную, обычно с помощью небольшого сигнала на ручке управления пилота, или офицером по вооружению на двухместном самолете. Когда спусковой крючок нажимается для травления цели, схемы порога контрастности включаются, когда камера сканирует места, близкие к травленному месту на экране. Любые высококонтрастные изображения в этой области будут запомнены. Обычно записанное место отображается на экране в виде квадрата вокруг выбранного места. Оператор может выбрать другие высококонтрастные пятна на изображении, пытаясь выбрать то, которое находится либо на цели, либо очень близко к ней.

Как только подходящее изображение цели выбрано, искатель переходит в режим слежения. В этом режиме выходной сигнал камеры игнорируется, за исключением случаев, когда она сканирует близко к исходному маринованному местоположению. В этих местах схема срабатывает как обычно, отправляя выходной сигнал на второй набор конденсаторов. Путем сравнения напряжений в двух наборах конденсаторов разница в местоположении между первоначально выбранным пятном и текущим пятном выводится как сигнал ошибки. крепление искателя, Он отправляется в подвесное чтобы повернуть камеру так, чтобы она снова совпала с исходным местоположением. Затем система наведения сравнивает угол камеры с углом корпуса ракеты и отправляет команды аэродинамическому управлению, чтобы вернуть ее на курс столкновения. Для решения задачи сопровождения движущихся целей обычно используется пропорциональная навигационная система, которая естественным образом обеспечивает необходимое упреждение .

Проблемы

У тех, кто ищет контраст, возникают проблемы при изменении контрастного пятна. Это может произойти довольно легко, если цель меняет угол, вызывая изменение абсолютной яркости объекта, или если она перемещается, что может изменить контраст относительно окружающей среды. Например, танк на дороге может обеспечить очень контрастное пятно слежения, но оно исчезнет, ​​когда он съедет с дороги в невысокий кустарник. Его также можно обмануть изменениями искусственного освещения и подобными эффектами. По этой причине таймеры являются «закрытыми», чтобы ограничить область, в которой могут происходить изменения без взлома блокировки.

Одним из решений этой проблемы является использование инфракрасного изображения вместо видимого света. Это особенно хорошо подходит для длинноволновых инфракрасных камер, которые отображают тепловую сигнатуру цели. Это очень эффективно против транспортных средств, таких как танки, двигатель которых создает превосходное высококонтрастное изображение, по которому можно искать, и немногие другие объекты в природе будут генерировать аналогичный сигнал. Однако это также значительно увеличивает стоимость ГСН, особенно в 1970-х годах, когда эта технология была новой, а также ограничивает ее использование против транспортных средств или других горячих источников. Это означает, что самолет должен нести два типа ракет: одни с ИК-излучением для транспортных средств, а другие с видимыми световыми головками для поражения других целей, таких как мосты или бункеры.

Более тонкая проблема заключается в том, что контрастная ГСН, в отличие от большинства систем ГСН, теряет точность по мере приближения к цели. Это связано с тем, что изображение точки слежения растет по мере ее приближения. То, что могло быть одним пикселем на экране, когда ракета была запущена с расстояния 10 км, к тому времени, когда ракета достигнет километра от цели, может расшириться до десятков пикселей. В этот момент логика отслеживания больше не работает естественным образом: любая область в пределах контролируемого диапазона теперь будет возвращать положительный сигнал, заставляя искателя отслеживать взад и вперед внутри этой области.

Таким образом, первые искатели контраста использовали вторую систему, которая замечала, что целевое пятно начало распространяться на несколько пикселей, и фиксировала угол подхода в фазе выбега, как только это происходило. Это означает, что движения цели в последнюю минуту или любые оставшиеся ошибки отслеживания не могут быть устранены. Однако системы, нацеленные на центр протяженной цели, появились еще в начале 1970-х годов, и современные системы могут применять любой необходимый уровень обработки изображений, необходимый для решения этой проблемы.

Примеры

В процессе эксплуатации Maverick продемонстрировал среднюю дальность промаха всего в четыре фута от точки прицеливания.

Основная концепция использовалась в различных формах с 1940-х годов. Одним из самых ранних примеров является Aeronca GB-5 (GB от Glide Bomb), который задумывался как противокорабельная система. По сути, это была бомба, оснащенная короткими прямыми крыльями и небольшим хвостовым оперением с системой слежения от компании Hammond-Crosley под названием B-1. В отличие от более поздних примеров, здесь использовалась механическая система сканирования с двумя фотоэлементами, исследовавшими изменения контраста, когда искатель колебался влево и вправо. Это хорошо работало против кораблей, где корабль был единственным, кто выходил за линию горизонта. Это была одна из многих различных систем слежения, выполненных в рамках серии GB, которая также включала в себя телевизионное наведение, полуактивное радиолокационное самонаведение , инфракрасное самонаведение и любое количество различных MCLOS систем радиоуправления .

Самым известным примером ракеты с поиском контраста является Maverick, которая постоянно используется с начала 1970-х годов. В некоторых ранних боевых применениях во Вьетнамской войне пилоты во время своей первой миссии «испарили» грузовик прямым попаданием только для того, чтобы получить выговор от своего командира за использование оружия стоимостью 25 000 долларов против цели стоимостью 500 долларов. Несмотря на это, пилоты отнеслись к этому оружию с большим энтузиазмом, и в 1970-е годы оно стало основным продуктом ВВС США. Всего во время рейдов «Лайнбекеров» в 1972 году было выпущено 99 ракет, при этом показатель попадания составил 88%.

Начиная с 1967 года, та же базовая ГСН была адаптирована в качестве основы для системы самонаведения, или HOBOS, которая представляла собой пакет наведения, подходящий для стандартной бомбы Mark 84 массой 2000 фунтов (910 кг) . Системы наведения KMU-353 и KMU-390, по сути, представляли собой перекомпонованные ГСН модели Maverick A, тогда как в KMU-359/B использовалась более поздняя версия тепловизора от Mavericks D-модели. В полностью собранном виде ГСН, система наведения и бомба были известны как GBU-8 или GBU-9 при использовании с бомбой Mark 118 массой 3000 фунтов (1400 кг) . Программа обновления началась в 1972 году для решения проблем, связанных с дальностью захвата, в результате чего был создан GBU-15 . В первую очередь это отличалось тем, что во время полета ракеты изображение отправлялось обратно на самолет-носитель, что позволяло офицеру по вооружению корректировать ее траекторию способом, более похожим на другие системы с телевизионным наведением.

Основная проблема, обнаруженная экипажами в ходе ранних испытаний, заключалась в том, что изображение часто было слишком маленьким, чтобы его можно было зафиксировать с большого расстояния, что требовало подхода на расстояния, входящие в дальность действия ракеты. В других случаях ракета захватывала ближайшие цели, в одном случае отрываясь от танка и приземляясь в куст, который экипаж быстро окрестил «тактическим кустом». Использование видеозаписи цели ГСН позволило новым экипажам перенять свой опыт и быстро узнать, какие цели и столкновения приведут к успеху.

У искателя контраста также было несколько эксплуатационных проблем. Из-за условий, в которых они летали, контрастные ГСН вообще не подходили для запуска с вертолётов , что привело к экспериментам с использованием проводного наведения ( TOW ) или лазерного самонаведения ( Hellfire ). В конечном итоге эти системы оказались пригодными для запуска с многих типов платформ, и, в частности, лазерное наведение получило гораздо более широкое распространение. Эти системы часто используют одну и ту же базовую систему слежения как часть системы лазерного целеуказателя на самолете, удерживая камеру или FLIR грубо направленными на зафиксированную цель так же, как это работало в системе самонаведения ракеты.

Ссылки

Библиография

• Адерегг, К. Ричард (2001). Отель «Сьерра»: летающие истребители ВВС через десятилетие после Вьетнама (PDF) . Издательство ДИАНА. Архивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2016 г. Проверено 22 сентября 2015 г.
• Веллемс, Г. (31 декабря 1962 г.). Некоторые соображения по поводу системы оптического контрастного поиска (PDF) (технический отчет). Ракетное командование армии США. РЭ-ТР-62-10. Архивировано из оригинала (PDF) 23 сентября 2015 г.