Тепловизор.

Добрый день Друзья!

Тема создана для обсуждения возможного применения тепловизоров на аэродромах и посадочных площадках.

Вводная информация.​

Три диапазона инфракрасного излучения обусловленные окнами пропускания атмосферы:
изображение_2023-04-02_205701718.png

SWIR коротковолновый инфракрасный (900 - 1700 нм, 0,9 - 1,7 мкм);

MWIR средневолновый инфракрасный (3000 - 5000 нм, 3 - 5 мкм);

LWIR длинноволновый инфракрасный (8000 - 14000 нм, 8 - 14 мкм).


Камеры SWIR диапазона оснащаются матрицей на основе InGaAs (арсенид индия-галлия) и имеют чувствительность в диапазоне 0,9 — 1,7 мкм, который за счет изменения соотношения арсенидов галлия и индия можно расширить до 2,5 мкм. Такое излучение невидимо глазу, но взаимодействует с предметами, подобно видимому.

Условия применения камер SWIR диапазона: пасмурная погода, высокая влажность, низкая облачность, ночные условия при низкой температуре.

Камеры MWIR диапазона предназначены для наблюдения в темное время суток на средних и дальних дистанциях. В этих устройствах обязательно наличие охлаждения и уже нельзя использовать оптику из тех же материалов, что применяются для камер VIS и SWIR-диапазонов. Как правило, для этих целей используют германий (Ge), селенид цинка (ZnSe), сульфид цинка (ZnS) и другие.

Условия применения камер MWIR диапазона: необходимость обнаружения обьектов на дистанциях до 45 км.

Камеры LWIR диапазона способны регистрировать тепловое излучение от объектов с температурой, близкой к 0 °С, а наиболее чувствительные модели распознают объекты с температурой до -40 °С. Также, как и для камер MWIR-диапазона, им требуется специальная оптика.

Условия применения камер LWIR диапазона: плотный туман, ночные условия в теплое время года.

Круг социально-экономических условий данного эскизного проекта ограничивается применением тепловизионных систем на аэродромах малой авиации (посадочных площадкиах) и легких самолетах авиации общего назначения.

Данный материал является попыткой наделения аэродромов малой авиации (посадочных площадок) функционалом достаточным для точного захода на посадку легких самолетов в сложных метеоусловиях с сохранением стоимости приобретения и владения доступных для малого и среднего бизнеса.
 
Принимаем две основных группы условий применения тепловизоров:​

вид с легкого самолета на аэродром малой авиации (посадочной площадки);
вид с аэродрома малой авиации (посадочной площадки) на легкий самолет;

Вид с самолета на аэродром

Применение мобильного тепловизора на легком самолете представляется обоснованным для сохранения и восстановления ориентировки пилота легкого самолета в условиях низкой облачности, тумана и ночных условиях.

В качестве обьектов обнаружения с помощью тепловизора предполагается установка инфракрасных прожекторов в качестве огней приближения, входных огней, глиссадных огней, боковых и ограничительных огней.

Для идентификации огней разного назначения возможно применения прерывистого режима их работы: огни приближения – световая волна от начала линии огней до торца полосы, входные огни – прерывистый режим с равным интервалом свечения и отсутствия свечения, боковые и ограничительные огни – непрерывное свечение, глиссадные огни – постоянное свечение с разными углами установки прожекторов относительно горизонта для обеспечения разной интенсивности восприятия огней с целью создания функционала «лети ниже, лети выше».

В качестве примеров тепловизоров будем использовать тепловизоры производимые и обслуживаемые российской компанией ПЕРГАМ О компании

Для мобильного применения на легких самолетах предлагается к использованию

Мобильный тепловизор LWIR диапазона ПЕРГАМ AT 640 PRO-60

Профессиональный тепловизор Pergam AT 640 PRO-60 для авто, катеров, яхт

ИК-камера

Спектральный диапазон 8–14 мкм (LWIR)
Размер матрицы 640 * 480
Размер пикселя детектора 17 мкм;
Угол зрения 9,3° (гор.) * 7,0° (верт.)
Частота кадров тепловизора 25 к/с;
Температурная чувствительность 50 мК (40 мК по запросу)
Фокусное расстояние объектива 60 мм
Дальность обнаружения человека до 1590 м, автомобиля до 2030 м;

Видеокамера

Фокусное расстояние объектива 4,5 … 135 мм;
Зум 36×;
Угол поворота по горизонтали n x 360° непрерывный
Скорость вращения по горизонтали 0,05–80°/с
Угол поворота по вертикали –25°...+90°
Скорость вращения по вертикали 0,05–60°/с
Интерфейс управления RS-485;
Протоколы управления Pelco-D
Напряжение электропитания 12-24В постоянного тока;
Потребляемая мощность 45 Вт
Диапазон рабочих температур От -40 до +60°С
Класс защиты IP66
Размеры 147 (дл.) × 206 (выс.) мм
Вес 2,1 кг

Применение в качестве обьектов обнаружения инфракрасных прожекторов с высокой долей вероятности обеспечит дистанцию их обнаружения в 3000 метров.
 
Вид с аэродрома на самолет

Применение стационарного тепловизора на аэродромах малой авиации (посадочных площадках) представляется обоснованным для обеспечения точного захода на посадку легких самолетов в сложных метеоусловиях под управлением диспетчера – информатора.

Наиболее оптимальным местом установки стационарного тепловизора видится половина длины полосы с отнесением тепловизора от оси полосы перпендикулярно на 20-50 метров.

С высокой долей вероятности представляется достаточность посадочной фары легкого самолета как источника инфракрасного излучения для дистанции обнаружения 6000 метров.

Для стационарного применения на аэродромах малой авиации (посадочных площадках) предлагается к использованию


Спектральный диапазон 8–14 мкм (LWIR)
Размер матрицы 1024 * 768
Размер пикселя детектора 14 мкм;
Угол зрения 12,2° (гор.) * 9,2° (верт.)
Частота кадров тепловизора 25 к/с;
Температурная чувствительность 50 мК (40 мК по запросу)
Фокусное расстояние объектива 50 … 150 мм
Светосила объектива 1 : 1,6;
Дальность обнаружения человека до 4410 м, автомобиля до 5640 м;

Видеокамера

Фокусное расстояние объектива 6,8 … 272 мм
Зум 40х;
Угол поворота по горизонтали n x 360° непрерывный
Скорость вращения по горизонтали 0,1-30°/с
Угол поворота по вертикали –86 … +40°
Скорость вращения по вертикали 0,1 … 20 °/с
Возможна интеграция с радиолокационной станцией;
Интерфейс управления RS-485, Ethernet;
Протоколы управления Pelco-D (для RS-485), IPv4/v6, HTTP, HTTPSc, SSL/TLSc, QoS Layer 3 DiffServ, FTP, CIFS/SMB, SMTP, Bonjour, UPnPTM, SNMP v1/v2c/v3(MIB-II), DNS, DynDNS, NTP, RTSP, RTP, TCP, UDP, IGMP, RTCP, ICMP, DHCP, ARP, SOCKS, SSH
Напряжение электропитания 24В постоянного тока или 24В переменного тока
Потребляемая мощность 120 ВА
Диапазон рабочих температур От -50 до +60°С
Класс защиты IP66
Размеры (ДхШхВ) 532×293×655 мм
Вес 16,3 кг

Для обеспечения работы тепловизионного комплекса во всем диапазоне сложных метеоусловий в любой период времени и любой календарный период также предлагается к использованию

Стационарный тепловизор SWIR диапазона ПЕРГАМ РТР-С

SWIR камера РТР-С с коротковолновым ик-детектором 640×512

ИК-камера

Спектральный диапазон 0,9–1,7 мкм (SWIR)
Размер матрицы 640×512
Размер пикселя детектора 15 мкм;
Угол зрения 8,2° (гор.) * 6,6° (верт.)
Частота кадров тепловизора 25 к/с;
Средняя удельная обнаружительная способность
в максимуме спектральной чувствительности 0,5·1012 Вт–1·Гц½·см;
Время накопления 0,1–100,0 мс;
Фокусное расстояние объектива 750 мм
Угол поворота по горизонтали n x 360° непрерывный
Скорость вращения по горизонтали 80°/с
Угол поворота по вертикали –90 … +90°
Скорость вращения по вертикали 80 °/с
Возможна интеграция с радиолокационной станцией;
Интерфейс управления RS-485, Ethernet
Протоколы управления Pelco-D, HTTP, TCP, ONVIF и др.
Напряжение электропитания 24В постоянного тока или 24В переменного тока
Потребляемая мощность 100 ВА
Диапазон рабочих температур От -50 до +60°С
Класс защиты IP66
Размеры (ДхШхВ) 411×270×384 мм
Вес 6 кг
 
С целью интеграции тепловизоров обоих диапазонов, облегчения и ускорения наведения тепловизоров на инфракрасное излучение посадочной фары легкого самолета предлагается к возможному использованию

Радиолокационная и тепловизионная система Пергам Аргус (радиолокационная станция, тепловизоры диапазонов SWIR и LWIR, программная платформа)

Система охраны периметра Пергам Аргус для круглосуточного видеонаблюдения

Радиолокационная станция

Диапазон рабочих частот 9,3 – 9,5 ГГц (X-диапазон)
Ширина диаграммы излучения 1° (гор.) / 30° (верт.)
Точность выдачи координат 1,5 м
Дальность обнаружения человека 2200 м
Дальность обнаружения автомобиля 5000 м
Допустимая скорость ветра 50 м/с
Интерфейс управления Ethernet
Скорость наведения тепловизионного комплекса 2,5 с
Архивация данных: автоматическая запись и воспроизведение траектории и видео движения
 
Функционал обеспечения точного захода на посадку легких самолетов в сложных метеоусловиях под управлением диспетчера – информатора возможно создать двумя способами: с подвижным и неподвижным тепловизором.

Оба способа предполагают установку тепловизора на половине длины полосы с отнесением тепловизора от оси полосы перпендикулярно на 20-50 метров.

Способ с подвижным тепловизором:​

- наведение тепловизора на посадочную фару легкого самолета;
- создание тепловизионного изображения с максимально возможным контрастом между фарой и окружающей средой;
- удержание изображения фары находящегося на посадочной прямой легкого самолета в геометрическом центре изображения путем перемещения камеры тепловизора в горизонтальной и вертикальной плоскости;
- получение угловых значений с датчиков угла поворота (энкодеров) камеры тепловизора в горизонтальной и вертикальной плоскости;
- программное сравнение значений получаемых с энкодоров со значениями вычисленными для нормального положения легкого самолета на посадочной прямой. Значения высоты собираются с датчика угла поворота камеры тепловизора в вертикальной плоскости, значения удаления – с датчика угла поворота камеры тепловизора в горизонтальной плоскости.
- визуализация положения легкого самолета на посадочной прямой с целью облегчения управления диспетчером-информатором действиями пилота с помощю команд: «лети выше», «лети ниже», «лети левее», «лети правее».

Способ с неподвижным тепловизором:​

- наведение тепловизора на посадочную фару легкого самолета таким образом, что бы при максимальном удалении самолета при нахождении на посадочной прямой, изображение фары находилось у левого (при отнесении тепловизора от оси полосы влево) края тепловизионного изображения и, в свою очередь, высота торца полосы совпадала с нижним краем тепловизионного изображения;
- фиксирование данного положения камеры тепловизора;
- создание тепловизионного изображения с максимально возможным контрастом между фарой и окружающей средой;
- привнесение в видео сигнал визуализации тепловизионого изображения линии нормального соответствия удаления и высоты полета самолета при нахождении на посадочной прямой. При нахождении на посадочной прямой, при изменении удаления, след фары самолета будет перемещаться от левого края тепловизионного изображения к правому краю, при изменении высоты - от верхнего края изображения к нижниму краю.
- управление диспетчером-информатором действиями пилота с помощю команд: «лети выше», «лети ниже», «лети левее», «лети правее» при соотнесении следа фары самолета с изображением линии нормального соответствия удаления и высоты полета самолета при нахождении на посадочной прямой.
 
Справочная информация​

При угле зрения 12,2 градуса по горизонтали максимальное поле зрения камеры тепловизора приблизительно равно:

на удалении 6000 м - 1267,95 м;
на удалении 5000 м - 1056,62 м;
на удалении 4000 м - 845,3 м;
на удалении 3000 м - 633,97 м;
на удалении 2000 м - 422,65 м;
на удалении 1000 м - 211,32 м;
на удалении 500 м - 105,66 м;
на удалении 250 м (торец полосы) - 52,83 м;

При угле зрения 9,2 градуса по вертикали максимальное поле зрения камеры тепловизора приблизительно равно:

на удалении 6000 м - 959,29 м;
на удалении 5000 м - 799,4 м;
на удалении 4000 м - 639,52 м;
на удалении 3000 м - 479,64 м;
на удалении 2000 м - 319,76 м;
на удалении 1000 м - 159,88 м;
на удалении 500 м - 79,94 м;
на удалении 250 м (торец полосы) - 39,97 м;

Камеру тепловизора предполагается разместить на мачте высотой 3-10 метров.

Приблизительное расстояние до видимого горизонта при нахождении глаз наблюдателя на высоте:

3 м – 6,4 км,
5 м – 8,3 км,
7 м – 9,8 км,
8 м – 11 км,
10 м – 12 км;

Выбор материала для защитных колпаков ИК прожекторов и тепловизоров.​

Наиболее прозрачными для ИК-излучения являются полиолефины. Основное поглощение полиэтилена наблюдается при длинах волн в диапазоне 3,4 – 3,55; 6,8 – 6,85; 13,7 – 13,95 мкм. К числу полимеров, наиболее прозрачных в сверх длинноволновой ИК-области спектра (25–1000 мкм), относятся полиэтилен и поли-4метилпентен-1.

Волновое число = 1/длина волны;
Длина волны = 1/волновое число;
1 мм = 1000мкм

изображение_2023-04-02_212339276.png


2915 = 3,43 мкм, (16%) асимметричные валентные колебания, asymmetrical stretching (растягивание);
2848 = 3,511 мкм (18%) симметричные валентные колебания, symmetrical stretching (растягивание);
1720 = 5,814 мкм (91%);
1471 = 6,798 мкм (58%) плоскостные деформационные (ножничные, skissoring) колебания;
1463 = 6,835 мкм (59%) плоскостные деформационные (ножничные, skissoring) колебания;
1377 = 7,262 мкм (88%) внеплоскостные деформационные (веерные, wagging) колебания;
1300 = 7,692 мкм (95%) внеплоскостные деформационные (крутильные, twisting) колебания;
729 = 13,717 мкм (71%) плоскостные деформационные (маятниковые, rocking) колебания;
719 = 13,908 мкм (58%) плоскостные деформационные (маятниковые, rocking) колебания;
 

pilot29_v2

Я люблю строить самолеты!
Откуда
Москва
Хулберт [3.90] выполнил серию ИК-фотографий через естественный туман, чтобы установить, может ли фотографическая видимость быть больше визуальной. Как видно из рис. 3.33, было установлено, что фотографическая видимость несколько больше, особенно при слабом тумане.
Однако, когда туман сгущался до такой степени, что становился опасным для навигации или полетов, инфракрасное фотографирование оказалось бесполезным. Практические аспекты этой проблемы обсуждаются в гл. 8 .Дерибере [4.80] использовал другой подход для построения кривых, но пришел к тому же выводу.
 
Уважаемый pilot29_v2!

Материал, который Вы привели, почерпнут из книги написаной в 1978 году. От сегодняшнего дня момент опубликования книги отстоит на 45 лет. Более того, автор ссылается на экспериментальные данные полученные в январе 1919 года.

Автор приводит экспериментальные данные фотосьемки тканевых лоскутов белого, серого и черного цветов, освещенных Солнцем на фотоаппарат оснащенный фотопластинками. Фотопластинки применялись до 20-х годов 20 века, после чего были вытеснены фотопленками. Применение в 70-х годах 20 века экспериментальных данных полученных в 20-х годах, за 50 лет до написания книги, представляется НЕВЕРОЯТНЫМ.

Автор прямо указывает, что использует экспериментальные данные полученные для видимого диапазона в то время, когда ИК чуствительных материалов вообще НЕ СУЩЕСТВОВАЛО.

Более того, представляется совершенно необьяснимым то, что при написании главы "3.6. Прохождение ИК-излучения через атмосферу" автор приводит экспериментальные данные для диапазона длин волн 400-800 нм, что является диапазоном видимого света и к ИК-диапазону никакого отношения не имет.

В предлагаемом к обсуждению материале рассматриваются диапазоны длин волн от 900 до 14000 нм.

Приводимые автором на рисунке 3.32 РАСЧЕТНЫЕ значения коэффициента пропускания тумана, на основании которых автор делает приводимые Вами выводы, также приведены для диапазона длин волн 400-700 нм, что безусловно доказывает, что через туман, в видимом диапазоне НИЧЕГО не видно.

Но, как только автор, на рисунке 3.33 начинает применять более поздние экспериментальные данные для ИК-диапазона 840-1020 нм (самое начало диапазона) он вынужден согласиться с тем, что визуальной видимости 9 км. соответствует фотографическая видимость 15 км.

Весь приведенный материал оставляет тягостное впечатление "притянутой за уши" компиляции, "притянутых за уши" экспериментальных и расчетных данных. Количество отсылок к внешним источникам, с указанием лишь фамилий авторов этих источников, и более ничего, просто зашкаливает.

Но при этом автор совершенно справедливо утверждает, что наблюдение в ИК-диапазоне в условиях реальной атмосферы возможно лишь в узкоочерченных диапазонах длин волн, обозначенных автором как "окна".

Границы этих диапазонов и их распределение по оси длин волн приведено в первом абзаце первого сообщени темы.
 
  • Великолепно!
Reactions: KAA
Вверх