RU2549072C1

RU2549072C1 - Thermal test-object

Info

Publication number: RU2549072C1
Application number: RU2013152476/12A
Authority: RU
Inventors: Валентин Иванович Корнилов; Андрей Александрович Кузнецов
Priority date: 2013-11-26
Filing date: 2013-11-26
Publication date: 2015-04-20

Abstract

FIELD: measurement equipment.

SUBSTANCE: device to control parameters of thermal imaging systems relates to equipment for control of parameters of surface thermal imaging devices (TID) for observation and sighting for military purposes under field conditions and may be used in testing and assessment of TID quality. The device to control parameters of thermal imaging systems comprises a thermal radiator made in the form of a matrix of heat releasing elements (2), installed onto a panel from material with low heat conductivity (1), digital temperature sensors (7), installed on heat releasing elements, a control device on the basis of a microprocessor (6), feedback of which with a thermal radiator is carried out by means of signals from digital temperature sensors, and also a source of power supply (4). The panel has dimensions of a real observed object.

EFFECT: provision of assessment of TID parameters under real conditions of their operation, increased objectivity of produced results, reduced requirements to an operator.

6 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к оборудованию для контроля параметров наземных тепловизионных приборов (ТВП) наблюдения и прицеливания военного назначения в полевых условиях, а именно к тепловым тест-объектам, и может быть использовано при испытаниях и оценке качества ТВП.The invention relates to equipment for monitoring the parameters of ground-based thermal imaging devices (TVP) for observing and aiming military purposes in the field, namely to thermal test objects, and can be used in testing and evaluating the quality of TVP.

Широко известно, что при испытаниях тепловизионных приборов наблюдения и прицеливания военного назначения в натурных условиях, в первую очередь для определения дальности разведки целей, используются реальные наблюдаемые объекты - цели (например, образцы бронетанковой техники), имеющие сложную тепловую сигнатуру. При этом фиксируется большая номенклатура параметров внешних условий и наблюдаемой цели для последующего нормирования результатов испытаний к заданным в требованиях на приборы условиям [1].It is widely known that when testing thermal imaging military surveillance and aiming devices under field conditions, primarily to determine the range of reconnaissance of targets, real observable objects are used - targets (for example, samples of armored vehicles) that have a complex thermal signature. At the same time, a large nomenclature of the parameters of the external conditions and the observed target is fixed for the subsequent normalization of the test results to the conditions specified in the requirements for devices [1].

Этот метод имеет ряд существенных недостатков:This method has several significant disadvantages:

- параметры внешних условий, наблюдаемой цели и фона являются случайными неуправляемыми факторами, в связи с чем для получения статистически устойчивых результатов требуется проведение значительного количества опытов (десятки, сотни) при различных сочетаниях влияющих факторов. При этом факторное пространство должно, по возможности, равномерно охватывать значения нормированных параметров для их последующей статистической обработки;- the parameters of the external conditions, the observed target, and background are random uncontrollable factors, and therefore, to obtain statistically stable results, a significant number of experiments (tens, hundreds) are required for various combinations of influencing factors. Moreover, the factor space should, as far as possible, evenly cover the values of normalized parameters for their subsequent statistical processing;

- наблюдение реальных объектов приводит к значительному разбросу результатов оценок по дальности их разведки различными операторами, что снижает достоверность оценок;- observation of real objects leads to a significant scatter in the results of estimates for the range of their exploration by various operators, which reduces the reliability of the estimates;

- применение реальных наблюдаемых объектов (например, образцов бронетанковой техники) связано со значительными материальными и временными затратами.- the use of real observable objects (for example, samples of armored vehicles) is associated with significant material and time costs.

Известны и широко применяются при лабораторных исследованиях и испытаниях тепловые тест-объекты (миры), аналогичные тест-объектам, применяемым в оптике.Thermal test objects (worlds) similar to test objects used in optics are known and widely used in laboratory research and testing.

Преимущество таких тест-объектов состоит, прежде всего, в высокой объективности и повторяемости получаемых результатов при оценке качества тепловизионных приборов, т.к. зрительная задача при этом случае заключается в уверенном различении штрихов тепловой миры и мало зависит от опыта работы оператора с прибором.The advantage of such test objects consists, first of all, in high objectivity and repeatability of the results obtained when assessing the quality of thermal imaging devices, because The visual task in this case is to confidently distinguish the strokes of the thermal world and depends little on the operator’s experience with the device.

Многочисленными исследованиями доказано [1], что стадия решения задачи разведки реального наблюдаемого объекта (обнаружение, распознавание или идентификация) однозначно определяется количеством теплых и холодных штрихов миры, приходящихся на ее минимальный размер. Так, например, при обнаружении (выделение на фоне местности) наблюдаемого объекта с 50% вероятностью необходима одна пара штрихов, при распознавании (определение типа наблюдаемого объекта) - 4 пары, а при идентификации (определение марки наблюдаемого объекта) - 6 пар штрихов [1].Numerous studies have proved [1] that the stage of solving the problem of reconnaissance of a real observable object (detection, recognition or identification) is uniquely determined by the number of warm and cold strokes of the world falling to its minimum size. So, for example, when detecting (highlighting against the background) the observed object with a 50% probability, one pair of strokes is needed, when recognizing (determining the type of the observed object), 4 pairs are needed, and when identifying (determining the mark of the observed object), 6 pairs of strokes [1 ].

При этом размеры миры должны соответствовать размерам проекции наблюдаемого объекта на вертикальную плоскость, а тепловой контраст штрихов - среднему тепловому контрасту реального наблюдаемого объекта.In this case, the dimensions of the worlds should correspond to the dimensions of the projection of the observed object on a vertical plane, and the thermal contrast of the strokes should correspond to the average thermal contrast of the real observed object.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для контроля параметров тепловизионных систем [2], включающее тепловой излучатель, содержащий нагреватель и теплоизлучающую панель, перед которой с воздушным зазором устанавливается сменный тест-объект в виде пластины с прорезями - теплыми штрихами. Холодными штрихами является поверхность самой пластины. Устройство управления на базе микропроцессора обеспечивает регулировку температуры теплоизлучающей панели. Контроль температуры теплоизлучающей панели и пластины с прорезями - теплыми штрихами для обеспечения требуемого теплового контраста осуществляется с использованием установленных на них цифровых датчиков температуры.The closest in technical essence is a device for monitoring the parameters of thermal imaging systems [2], including a heat emitter, containing a heater and a heat-emitting panel, in front of which with an air gap a removable test object is installed in the form of a plate with slots - warm strokes. Cold strokes are the surface of the plate itself. The microprocessor-based control device provides temperature control of the heat-emitting panel. The temperature control of the heat-emitting panel and plate with slots - warm strokes to ensure the required thermal contrast is carried out using digital temperature sensors installed on them.

Изменение количества пар штрихов осуществляется за счет замены пластины с необходимым количеством прорезей на ней.Changing the number of pairs of strokes is carried out by replacing the plate with the required number of slots on it.

Недостатками данного устройства является то, что оно является имитатором реальной цели с уменьшенными размерами и предназначено для применения в лабораторных условиях. Для изменения формы, размеров и направления тепловых штрихов необходим набор соответствующих пластин с прорезями. Кроме того, лабораторные условия не обеспечивают адекватное моделирование внешних условий наблюдения (прозрачность атмосферы, наличие осадков и т.п.).The disadvantages of this device is that it is a simulator of a real target with reduced size and is intended for use in laboratory conditions. To change the shape, size and direction of thermal strokes, a set of appropriate plates with slots is required. In addition, laboratory conditions do not provide adequate modeling of external observation conditions (transparency of the atmosphere, the presence of precipitation, etc.).

Указанные недостатки известного устройства для контроля параметров тепловизионных систем не позволяют его использовать в реальных полевых условиях при оценке дальности разведки целей через тепловизионные приборы наблюдения и прицеливания военного назначения.These disadvantages of the known device for monitoring the parameters of thermal imaging systems do not allow it to be used in real field conditions when assessing the range of reconnaissance of targets through thermal imaging observation and aiming devices for military purposes.

Целью предлагаемого изобретения является:The aim of the invention is:

- обеспечение оценки параметров наземных тепловизионных приборов наблюдения и прицеливания военного назначения в реальных условиях их эксплуатации;- providing an assessment of the parameters of ground-based thermal imaging observation and aiming devices for military purposes in real conditions of their operation;

- повышение объективности получаемых результатов оценки;- increasing the objectivity of the obtained evaluation results;

- снижение требований к оператору, а также сокращение материальных и временных затрат на проведение испытаний.- reducing requirements for the operator, as well as reducing material and time costs for testing.

Указанная цель достигается путем изменения конструкции устройства для контроля параметров тепловизионных систем.This goal is achieved by changing the design of the device to control the parameters of thermal imaging systems.

Заявляемое устройство (см. рисунок) включает: панель 1 из материала с низкой теплопроводностью, на которую установлена матрица тепловыделяющих элементов 2 в виде квадратов из резистивного материала с зазором между ними; электрическую питающую шину 3; многоканальный источник электрического питания 4; цифровую управляющую шину 5; устройство управления 6 на базе микропроцессора; цифровые датчики температуры 7 на каждом элементе матрицы; сигнальные шины 8, 10 и коммутирующее устройство 9.The inventive device (see figure) includes: a panel 1 of a material with low thermal conductivity, on which a matrix of fuel elements 2 is mounted in the form of squares of a resistive material with a gap between them; electric supply bus 3; multi-channel electric power source 4; digital control bus 5; microprocessor-based control device 6; digital temperature sensors 7 on each element of the matrix; signal buses 8, 10 and switching device 9.

Работа устройства для контроля параметров тепловизионных систем осуществляется следующим образом. В устройство управления 6 загружают базу данных для формирования наблюдаемого объекта требуемой геометрической формы с заданной разностью температур «наблюдаемый объект-фон». В базе данных содержатся различные образы наблюдаемых объектов, которые используются устройством управления для формирования их теплового изображения с помощью матрицы тепловыделяющих элементов 2.The operation of the device to control the parameters of thermal imaging systems is as follows. A database is loaded into the control device 6 to form the observed object of the desired geometric shape with a given temperature difference "observed object-background". The database contains various images of the observed objects that are used by the control device to form their thermal image using a matrix of fuel elements 2.

Микропроцессор устройства управления 6 через цифровую шину 5 подает управляющие сигналы на многоканальный источник электрического питания 4, который через шину 3 подает соответствующие напряжения на отдельные элементы матрицы тепловыделяющих элементов 2, нагревая их таким образом, что из них формируется тепловой наблюдаемый объект (например, тепловой штриховой тест-объект, изображение реальной цели и т.п.) определенной геометрической формы с заданной разностью температур. Поддержание заданной разности температур осуществляется с использованием сигналов обратной связи от датчиков температуры 7, установленных на каждом элементе матрицы, которые через шину 8 и коммутирующее устройство 9 подаются через шину 10 на микропроцессор устройства управления 6. Микропроцессор устройства управления 6, сравнивая заданную и фактическую температуру элементов матрицы 2, обеспечивает коррекцию напряжения питания элементов 2 через многоканальный источник питания 4.The microprocessor of the control device 6 through the digital bus 5 supplies the control signals to a multi-channel power supply 4, which through the bus 3 supplies the corresponding voltage to the individual elements of the matrix of the fuel elements 2, heating them in such a way that they form a thermal observable object (for example, a thermal dashed line) test object, image of a real target, etc.) of a certain geometric shape with a given temperature difference. Maintaining a predetermined temperature difference is carried out using feedback signals from temperature sensors 7 installed on each element of the matrix, which are supplied through a bus 8 and a switching device 9 through a bus 10 to the microprocessor of the control device 6. The microprocessor of the control device 6, comparing the set and actual temperature of the elements matrix 2, provides correction of the voltage of the elements 2 through a multi-channel power source 4.

Размер и количество элементов матрицы тепловыделяющих элементов 2 выбирается исходя из решаемых задач по разведке целей. Так, для контроля параметров наземных тепловизионных приборов наблюдения и прицеливания военного назначения в полевых условиях целесообразно выбирать размеры элементов матрицы, исходя из необходимости решения задачи идентификации малоразмерной цели (например, расчет ПТУР), при этом количество элементов матрицы должно обеспечивать ее размеры, соответствующие размерам проекции крупноразмерной цели типа «танк». Таким образом, размер элементов матрицы должен быть равен 5050 мм, а их количество обеспечивать общий размер матрицы элементов не менее 82,5 м.The size and number of elements of the matrix of the fuel elements 2 is selected based on the tasks to be solved for reconnaissance purposes. So, to control the parameters of ground-based thermal imaging devices for military observation and aiming in the field, it is advisable to choose the dimensions of the matrix elements, based on the need to solve the problem of identifying a small target (for example, calculating ATGMs), while the number of matrix elements must provide its dimensions corresponding to the projection size a large tank-type target. Thus, the size of the matrix elements should be equal to 50-50 mm, and their number should ensure the total size of the matrix of elements is not less than 8-2.5 m.

Преимуществами заявляемого изобретения перед известными техническими решениями являются:The advantages of the claimed invention over the known technical solutions are:

- возможность применения предлагаемого устройства в реальных условиях эксплуатации оцениваемых тепловизионных приборов;- the possibility of using the proposed device in real operating conditions of the evaluated thermal imaging devices;

- возможность оперативного формирования тепловых изображений наблюдаемых объектов различной конфигурации при поддержании заданных температурных параметров «цель - фон» в течение необходимого времени;- the ability to quickly generate thermal images of the observed objects of various configurations while maintaining the specified temperature parameters "target - background" for the required time;

- повышение достоверности получаемых результатов оценки за счет снижения требований к оператору;- increasing the reliability of the obtained evaluation results by reducing the requirements for the operator;

- снижение материальных и временных затрат на проведение испытаний.- reduction of material and time costs for testing.

Указанные преимущества заявляемого изобретения и его возможности позволяют отказаться от использования реальных наблюдаемых объектов при оценке параметров наземных тепловизионных приборов наблюдения и прицеливания военного назначения и использовать предлагаемое устройство в качестве «образцового, эталонного» средства измерения на всех этапах испытаний приборов, что позволит обеспечить единство измерений оцениваемых параметров.The indicated advantages of the claimed invention and its capabilities make it possible to abandon the use of real observable objects when evaluating the parameters of ground-based thermal imaging observation and aiming devices for military use and use the proposed device as a “model, reference” measuring instrument at all stages of testing devices, which will ensure the uniformity of measurements evaluated parameters.

Claims

1. A device for monitoring the parameters of thermal imaging systems, including a heat radiator mounted on a panel made of a material with low thermal conductivity, digital temperature sensors, a microprocessor-based control device, the feedback of which with the heat radiator is carried out using signals from digital temperature sensors, as well as a source power supply, characterized in that the heat emitter is made in the form of a matrix of fuel elements, the heating of each element is controlled by the control device An alarm, digital temperature sensors are installed on fuel elements, the panel has the dimensions of a real observable object.

2. The device according to p. 1, characterized in that the formation of the observed object of the desired geometric shape with a given temperature difference "observed object-background" is carried out by a matrix of fuel elements.

3. The device according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the control device contains a database of various observed objects.

4. The device according to claim 1, characterized in that the size of one fuel element of the matrix is 50-50 mm.

5. The device according to p. 1, characterized in that the heat-generating elements of the matrix are mounted on a panel of material with low thermal conductivity with a gap that minimizes heat exchange between the elements of the matrix.

6. The device according to p. 1, characterized in that the power of the fuel elements of the matrix is carried out from a multi-channel controlled power source.