RU2794448C1

RU2794448C1 - Method for physical modelling of the background-target environment for testing on-board optoelectronic seekers

Info

Publication number: RU2794448C1
Application number: RU2022129150A
Authority: RU
Inventors: Игорь Владимирович Богданов; Светлана Викторовна Богданова; Александр Николаевич Величко; Андрей Васильевич Степовой; Артем Вячеславович Цапцов
Original assignee: Акционерное общество "Конструкторское бюро точного машиностроения имени А.Э. Нудельмана"
Filing date: 2022-11-10
Publication date: 2023-04-18

Abstract

FIELD: test equipment; on-board optoelectronic seekers.

SUBSTANCE: invention is intended for testing on-board optoelectronic seekers. The method of physical modelling of the phono-target environment for testing on-board optoelectronic seekers is characterized by the fact that a flat mirror with holes is used as the test object channel, behind which is a black body model, and a collimator mirror that transmits images of holes from temperature of the blackbody model to the entrance pupil of the on-board optoelectronic seekers, and as the background emitter channel, a low-temperature blackbody model and a projection lens are used, consisting of two spherical mirrors and forming an image of the low-temperature blackbody model on a flat mirror with holes in the test object channel, which is then transmitted to the entrance pupil of the on-board optoelectronic seekers through the collimator mirror of the test object channel.

EFFECT: expansion of functionality for testing on-board optoelectronic seekers and the reproduction of the temperature contrast between the test object and the background in a wide temperature range - from 0.5 to 100 K.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к испытательной технике и предназначено для проведения испытаний бортовых оптико-электронных головок самонаведения (БОЭГСН).The invention relates to test equipment and is intended for testing on-board optoelectronic homing heads (BOEGSN).

Известен инфракрасный коллиматорный комплекс (патент RU 2244950 С1, МПК G02B 27/30), содержащий объектив, сменную миру и фоновый излучатель. Недостатком данного устройства является отсутствие излучателя сигналов (имитатора цели), что не позволяет проводить испытания БОЭГСН.Known infrared collimator complex (patent RU 2244950 C1, IPC G02B 27/30), containing a lens, interchangeable world and background emitter. The disadvantage of this device is the absence of a signal emitter (target simulator), which does not allow testing BOEGSN.

Известен инфракрасный коллиматорный комплекс (патент RU 2305305 С2, МПК G02B 27/30, G01M 11/02), содержащий объектив, сменную миру и фоновый излучатель. Недостатком данного устройства является отсутствие излучателя сигналов (имитатора цели), что не позволяет проводить испытания БОЭГСН.Known infrared collimator complex (patent RU 2305305 C2, IPC G02B 27/30, G01M 11/02), containing a lens, interchangeable world and background emitter. The disadvantage of this device is the absence of a signal emitter (target simulator), which does not allow testing BOEGSN.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению, принятому за прототип, является инфракрасный коллиматор (патент RU 2470335 С1, МПК G02B 27/30), содержащий объектив, миру, фоновый излучатель, измеритель температуры миры и устройство управления.The closest to the proposed technical solution, taken as a prototype, is an infrared collimator (patent RU 2470335 C1, IPC G02B 27/30) containing a lens, a target, a background emitter, a target temperature meter and a control device.

Основными недостатками прототипа являются:The main disadvantages of the prototype are:

- применение линзового объектива, что приводит к оптическим потерям и сужает спектральный диапазон;- the use of a lens objective, which leads to optical losses and narrows the spectral range;

- отсутствие отдельного оптического канала тест-объекта (имитатора цели), что не позволяет создавать заданный контраст между излучением фоном и излучением имитатора цели;- the absence of a separate optical channel of the test object (target simulator), which does not allow creating a specified contrast between the background radiation and the target simulator radiation;

- неустойчивость во времени - для поддержания заданного контраста температура постоянно регулируется, поскольку поверхность миры прогревается от фонового излучателя.- instability in time - to maintain a given contrast, the temperature is constantly regulated, since the surface of the target is heated from the background emitter.

Целью предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей по испытаниям БОЭГСН и воспроизведение температурного контраста между тест-объектом и фоном в широком температурном диапазоне - от 0,5 до 100 К.The purpose of the invention is to expand the functionality for testing BOEGSN and reproduce the temperature contrast between the test object and the background in a wide temperature range - from 0.5 to 100 K.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе физического моделирования фоно-целевой обстановки в качестве канала тест-объекта используется плоское зеркало с отверстиями, за которым расположена модель черного тела, и зеркало коллиматора, которое передает изображения отверстий с температурой модели черного тела на входной зрачок БОЭГСН, а в качестве канала фонового излучателя используется низкотемпературная модель черного тела и проекционный объектив, состоящий из двух сферических зеркал и формирующий изображение низкотемпературной модели черного тела на плоском зеркале с отверстиями канала тест-объекта, которое затем передается на входной зрачок БОЭГСН посредством зеркала коллиматора канала тест-объекта.This technical result is achieved due to the fact that in the method of physical modeling of the phono-target environment, a flat mirror with holes is used as a test object channel, behind which a black body model is located, and a collimator mirror that transmits images of holes with a temperature of the black body model to the entrance pupil of the BOEGSN, and a low-temperature blackbody model and a projection lens consisting of two spherical mirrors and forming an image of the low-temperature blackbody model on a flat mirror with holes in the test object channel are used as the background emitter channel, which is then transmitted to the entrance pupil of the BOEGSN by means of a mirror collimator of the channel of the test object.

Изобретение поясняется чертежом, где приведен пример оптической схемы устройства для реализации способа.The invention is illustrated in the drawing, which shows an example of the optical scheme of the device for implementing the method.

Оптическая схема содержит канал тест-объекта (плоское зеркало с отверстиями 1, модель черного тела 2, зеркало коллиматора 3) и канал фонового излучателя (низкотемпературная модель черного тела 4, сферические зеркала 5, 6).The optical scheme contains a test object channel (a flat mirror with holes 1, a black body model 2, a collimator mirror 3) and a background emitter channel (a low temperature black body model 4, spherical mirrors 5, 6).

В качестве указанных блоков используются:The following blocks are used:

1 - плоское зеркало с отверстиями, например, на подложке из поликристаллического селенида цинка ПО4 и круглыми/квадратными/штриховыми отверстиями;1 - flat mirror with holes, for example, on a substrate of polycrystalline zinc selenide PO4 and round/square/dashed holes;

2 - модель черного тела, например, модель абсолютно черного тела АЧТ-6А (ООО «НЛП «Элир», г. Новосибирск);2 - model of a black body, for example, a model of a completely black body AChT-6A (LLC "NLP "Elir", Novosibirsk);

3 - зеркало коллиматора, например, внеосевое параболическое зеркало на подложке из ЛК7, диаметром 300 мм и внеосевым углом 10°;3 - collimator mirror, for example, an off-axis parabolic mirror on a LK7 substrate, with a diameter of 300 mm and an off-axis angle of 10°;

4 - низкотемпературная модель черного тела, например, модель черного тела АЧТ 70/-40/80 (АО «НЛП «Эталон», г. Омск);4 - low-temperature model of a black body, for example, a black body model AChT 70/-40/80 (NLP Etalon JSC, Omsk);

5, 6 - сферические зеркала, например, на подложке из ЛК7, с фокусным расстоянием 2000 мм каждое.5, 6 - spherical mirrors, for example, on an LK7 substrate, each with a focal length of 2000 mm.

Оптическая схема состоит из двух каналов, один из которых формирует излучение от тест-объекта, а другой - от фона. Входной зрачок БОЭГСН сопряжен с выходным зрачком зеркала коллиматора 3, расположенным на расстоянии L1 (например, L1=1000 мм). В его фокальной плоскости, на наклонном фокусном расстоянии f'k (например, f'k=2000 мм) и внеосевым углом α (например, α=10°) установлено плоское зеркало с отверстиями 1, за которым расположен источник излучения - модель черного тела 2. Нормаль плоского зеркала с отверстиями 1 устанавливается под небольшим углом β (например, β=5°) к оптической оси зеркала коллиматора 3. Зеркало коллиматора 3 передает изображение отверстий с температурой модели черного тела 2 на входной зрачок БОЭГСН. Одновременно с этим, система сферических зеркал 5-6 с фокусными расстояниями f'з1 и f'з2 (например, f'з1=f'з2=2000 мм) формирует изображение низкотемпературной модели черного тела 6 на плоском зеркале с отверстиями 1, которое затем передается на входной зрачок БОЭГСН. Расстоянием L2 между сферическими зеркалами 5-6 выбирается наименьше возможным (например, L2=1000 мм), а угол между ними также равен β.The optical scheme consists of two channels, one of which generates radiation from the test object, and the other from the background. The entrance pupil of the BOEGSN is associated with the exit pupil of the collimator mirror 3 located at a distance L1 (for example, L1=1000 mm). In its focal plane, at an inclined focal length f'k (for example, f'k=2000 mm) and an off-axis angle α (for example, α=10°), a flat mirror with holes 1 is installed, behind which is a radiation source - a blackbody model 2. The normal of the flat mirror with holes 1 is set at a small angle β (for example, β=5°) to the optical axis of the collimator mirror 3. The collimator mirror 3 transmits the image of the holes with the temperature of the black body model 2 to the entrance pupil of the BOEGSN. At the same time, a system of spherical mirrors 5-6 with focal lengths f'z1 and f'z2 (for example, f'z1=f'z2=2000 mm) forms an image of a low-temperature model of a black body 6 on a flat mirror with holes 1, which then transmitted to the entrance pupil of the BOEGSN. The distance L2 between the spherical mirrors 5-6 is selected as the smallest possible (for example, L2=1000 mm), and the angle between them is also equal to β.

Способ физического моделирования фоно-целевой обстановки для испытаний БОЭГСН использует два независимых оптических канала тест-объекта и фонового излучения.The method of physical modeling of the phono-target environment for testing BOEGSN uses two independent optical channels of the test object and background radiation.

Это позволяет, во-первых, реализовать точное регулирование температурного контраста между тест-объектом (имитатором цели) и фоном. Например, при использовании модели абсолютно черного тела АЧТ-6А в качестве источника излучения модуля тест-объекта и модели черного тела АЧТ 70/-40/80 в качестве низкотемпературного модуля фонового излучения реализуется диапазон воспроизведения температурного контраста от 0,5 К до 100 К. Во-вторых, благодаря тому, что канал фона не зависит от канала тест-объекта, реализуется устойчивость системы (постоянная температура фона и объекта), его однородность, а также быстродействие (т.е. скорость изменения температуры) всей системы, ограниченное только характеристиками самих моделей черных тел.This allows, firstly, to implement precise control of the temperature contrast between the test object (target simulator) and the background. For example, when using the black body model AChT-6A as a radiation source of the test object module and the black body model AChT 70/-40/80 as a low-temperature background radiation module, the temperature contrast reproduction range is from 0.5 K to 100 K. Secondly, due to the fact that the background channel does not depend on the channel of the test object, the stability of the system (constant temperature of the background and object), its uniformity, as well as the speed (i.e., the rate of temperature change) of the entire system are realized, limited only by the characteristics the blackbody models themselves.

Вторая особенность предлагаемого способа заключается в использовании плоского зеркала с отверстиями в канале тест-объекта. Это позволяет реализовать от 1 до N отверстий различной формы, размеров и расположения и, соответственно, разнообразные изображения тест-объектов (имитаторов цели) на входном зрачке испытываемой БОЭГСН.The second feature of the proposed method is the use of a flat mirror with holes in the test object channel. This allows you to implement from 1 to N holes of various shapes, sizes and locations and, accordingly, a variety of images of test objects (target simulators) at the entrance pupil of the tested BOEGSN.

Например, следующие тест-объекты:For example, the following test objects:

- типа «точка», содержащие «точечные» изображения (например, для оценки функции рассеяния точки или алгоритмов селекции);- "point" type, containing "dot" images (for example, to evaluate the point spread function or selection algorithms);

- типа «перекрестие», содержащий вертикальные и горизонтальные линии образующие перекрестие (например, для оценки согласованности оптических каналов БОЭГСН, параллельности строк/столбцов);- type "crosshair", containing vertical and horizontal lines forming a crosshair (for example, to assess the consistency of optical channels BOEGSN, the parallelism of rows / columns);

- типа «перекрестная сетка», содержащий вертикальные и горизонтальные линии, образующие сетку (например, для оценки дисторсии или величины поля зрения);- type "cross grid", containing vertical and horizontal lines forming a grid (for example, to assess distortion or the magnitude of the field of view);

- типа «квадрат» (например, для оценки минимально разрешаемой разницы температур);- type "square" (for example, to assess the minimum allowable temperature difference);

- типа «полукруг» (например, для оценки эквивалентной шуму разности температур);- type "semicircle" (for example, to estimate the noise-equivalent temperature difference);

- типа «мира», содержащая совокупность элементов, в каждом из которых расположены четыре группы штрихов - горизонтальные, вертикальные и диагональные (в двух различных направлениях). Штрихи в каждом элементе равны по ширине, высоте и промежуткам между собой (например, для оценки разрешающей способности).- "world" type, containing a set of elements, each of which contains four groups of strokes - horizontal, vertical and diagonal (in two different directions). The strokes in each element are equal in width, height and spacing between them (for example, to assess the resolution).

Широкий перечень тест-объектов позволит проводить оценку различных технических и оптических параметров БОЭГСН, в том числе алгоритмов селекции, а также испытания БОЭГСН различного класса.A wide range of test objects will allow for the evaluation of various technical and optical parameters of BOEGSN, including selection algorithms, as well as testing of BOEGSN of various classes.

Третья особенность предлагаемого способа заключается в использовании зеркальных оптических схем, что минимизирует оптические потери, обеспечивает дифракционное качество формируемых изображений и реализует широкий спектральный диапазон (теоретически - неограниченный). Это позволяет проводить испытания БОЭГСН видимого и инфракрасного спектрального диапазона и повысить качество проводимых испытаний.The third feature of the proposed method is the use of mirror optical schemes, which minimizes optical losses, ensures the diffraction quality of the formed images and implements a wide spectral range (theoretically unlimited). This makes it possible to test the BOEGSN in the visible and infrared spectral range and improve the quality of the tests.

Реализация способа физического моделирования фоно-целевой обстановки для испытаний БОЭГСН позволит проводить следующий объем испытаний, типовых для пассивных БОЭГСН видимого или инфракрасного диапазона:The implementation of the method of physical modeling of the background-target environment for testing BOEGSN will allow the following scope of tests, typical for passive BOEGSN in the visible or infrared range:

- проверка качества калибровки фото-приемных устройств;- checking the quality of calibration of photo-receiving devices;

- проверка качества оптической системы (фокусировки, аберраций и виньетирования);- checking the quality of the optical system (focusing, aberrations and vignetting);

- проверка разрешающей способности оптической системы;- checking the resolution of the optical system;

- проверка пороговой чувствительности;- checking the threshold sensitivity;

- проверка алгоритмов обнаружения цели;- verification of target detection algorithms;

- проверка алгоритмов селекции цели;- verification of target selection algorithms;

- проверка минимально разрешаемой разницы температур в заданном диапазоне пространственного разрешения;- checking the minimum allowed temperature difference in a given range of spatial resolution;

- проверка эквивалентной шуму разницы температур;- checking the noise-equivalent temperature difference;

- проверка параллельности строк/столбцов оптических каналов;- checking the parallelism of rows/columns of optical channels;

- проверка динамического диапазона;- dynamic range check;

- проверка видимого увеличения оптической системы;- checking the apparent magnification of the optical system;

- проверка величины поля зрения.- checking the size of the field of view.

Claims

A method for physically modeling the phono-target environment for testing on-board optoelectronic homing heads (BOEGSN), characterized in that a flat mirror with holes is used as the test object channel, behind which is a black body model, and a collimator mirror that transmits images of the holes with the temperature of the blackbody model to the entrance pupil of the BOEGSN, and as the background emitter channel, a low-temperature blackbody model and a projection lens are used, consisting of two spherical mirrors and forming an image of the low-temperature blackbody model on a flat mirror with holes in the test object channel, which is then transmitted to the entrance pupil of the BOEGSN by means of the collimator mirror of the test object channel.