Обзор тепловизоров производства Франции

ВИНИТИ

Серия «ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА РАЗВЕДЫВАТЕЛЬНЫХ СЛУЖБ ЗАРУБЕЖНЫХ ГОСУДАРСТВ»

6-2005, стр.15-22

Обзор тепловизоров производства Франции

В статье «France Leads the Way in Affordable Thermal Imaging Systems»,oпубликованной в журнале Jane's International Defense Review, рассматриваются тепловизионные приемники и системы, разрабатываемые во Франции, которая лидирует в этой области в Европе.

Лидером производства охлаждаемых инфракрасных приемников во Франции является компания Sofradir, основанная в 1986 г. в Гренобле. С самого начала Sofradir стала уделять особое внимание производству высокоэффективных приемников с плоскими матрицами чувствительных элементов в фокальной плоскости на основе теллурида ртути кадмия (mercury cadmium telluride - МСТ) для тепловизоров второго поколения (Gen II). Среди их других свойств, последние используют мультиплексирование сигнала, скорее чем непосредственные подсоединения, таким образом значительно увеличивая практическое количество элементов изображения приемника (пикселей) в сравнении с их предшественниками.

Компании удалось сделать прыжок к поколению Gen II, используя технологию, лицензированную лабораторией по электронике и информационным технологиям LETI (Laboratoire d'Electronique de Technologie de Г Information), которая является частью Комиссариата по атомной энергии правительства Франции (СЕА). Sofradir утверждает, что LETI была первой организацией, которая исследовала технологию крупномасштабного производства плоских матриц.

Sofradir выполнила первоначальную поставку длинноволновых LWIR (long-wave infrared , 8...14 мкм) ИК-приемников на матрицах размером 288x4 пикселей в 1988-1989 гг. В 1992 г. фирма Texas Instruments (в настоящее время - Raytheon, США) заказала поставку 700 модулей таких приемников в течение трехлетнего периода. В дальнейшем они использовались в составе дневной и ночной системы тепловидения Day and Night Thermal Sighting System (DNTSS) для армии Турции.

В 1997 г. приемники были применены в тепловизорах Iris для установки на машинах (компания Sagem) и ручных тепловизорах Sophie (компания Thales). В 1999 г. она стала одной из главных поставщиков модулей приемников SADA II (Standard Advanced Dewar Assembly) с матрицей размером 240x4 пикселей в армию США. Приемник с матрицей размером 288x4 также используется в прицелах фирмы Thales Catherine, и с тех пор был выбран в качестве основы для устанавливаемого на машинах тепловизора Battle Group Thermal Imager армии Великобритании.

В настоящее время, с поставкой более чем 12000 модулей, Sofradir занимает лидирующее положение в мире по производству приемников LWIR с матрицами размером 240/288x4.

Сейчас номенклатура продукции также включает приемники LWIR МСТ с матрицами 480x6, и другие, функционирующие в средневолновом диапазоне MWIR (medium-wave infrared - средневолновый ИК) 3...5 мкм, среди которых - приемники с VLA (very large array - очень большая матрица), такие как приемники с матрицами 320x256 элементов, установленные в крылатых ракетах MBDA Storm Shadow/Scalp-EG.

В 2000 г.Sofradir начала выпуск неохлаждаемых ИК-приемников, используя в качестве болометра (измерителя излучения) аморфный кремний (aSi).

Технология QWIP

В более недавнее время Sofradir также стала использовать технологию QWIP (quantum well infrared photodetector - инфракрасный чувствительный элемент с квантовыми ямами), работая в кооперации с Thales (TRT, Orsay), чье полупроводниковое предприятие поставляет ассоциированные фотоэлектрические детекторные подложки размером 384x288 или 640x512 на основе арсенида галлия (GaAs). Эти подложки монтируются Sofradir в завершенные модули IDDCA (integrated detector Dewar cooler assembly - сборка интегрированного приемника с дьюаровским охладителем). Такой монтаж проводится Sofradir обычным путем горячего припаивания к считывающей интегральной схеме на основе CMOS (complementary metal-oxide semiconductor - комплементарный металло-оксидный полупроводник) - они помещаются в сосуд Дьюара и интегрируются с криогенным охладителем.

Заявлено, что приемник QWIP фирмы Sofradir функционирует при более высоких температурах, чем приемники такого типа других поставщиков, показывая максимальные рабочие характеристики при температуре выше 77 К (в сравнении с 65 К для других поставщиков).

Фактически, компания уже имеет модули QWIP-приемников, которые функционируют при более высоких температурах (80...90 К), но они еще не находятся в производстве. Считается, однако, что в конечном счете модули QWIP-приемников с дьюаровским охладителем всегда будут более дорогими, чем эквивалентные модули на основе МСТ, так как первые имеют более высокие требования к охлаждению.

МСТ-приемники в настоящее время успешно работают при 120 К в диапазоне MWIR и при 90 К в LWIR (как в случае с МСТ-приемником, функционирующем в LWIR, вмонтированном в современные ручные тепловизоры Thales Sophie, находящиеся в производстве).

Соответственно, компания Sofradir оценивает QWIP как промежуточную технологию, которая помогла сделать VLA (включая полноформатные TV-матрицы) доступными в настоящее время в диапазоне LWIR (но не в MWIR).

Однако компания совместно с LETI и DEFIR разработала новую технологию производства, которая позволяет производить эквивалентные VLA МСТ по такой же цене и с лучшими рабочими характеристиками.

Sofradir не работает в области InSb (антимонид индия) по тем же причинам. Хотя, по общему признанию, детекторы на основе InSb дешевле и легче в производстве для двумерных матриц в диапазоне MWIR, InSb-приемники требуют более производительного охладителя, что делает систему более дорогостоящей.

Так как рабочая температура МСТ выше, приемник также имеет меньшую потребляемую мощность по питанию, и имеет меньшее время охлаждения, при этом имея большую надежность и автономность, чем InSb-тепловизоры.

По мнению Sofradir, можно сделать вывод, что для получения недорогого тепловизионного прибора, возможно, придется использовать дорогостоящий приемник для снижения цены системы в целом.

В то время как приемники на основе InSb (и более ранние на основе МСТ) разработаны для выполнения температурной коррекции при установленной температуре или охлаждающем уровне, современные МСТ-приемники фирмы Sofradir намного менее специфичны, и могут функционировать в более широком диапазоне температур.

Типичный пример: это означает, что время реакции ракеты с инфракрасной головкой самонаведения может быть уменьшено, так как ее головка самонаведения выдает полезные данные даже прежде полного охлаждения.

До настоящего времени, все гибридные приемники Sofradir производились с использованием жидкофазной эпитаксии (LPE), путем выращивания МСТ на подложке из теллурида кадмия цинка (CZT). Однако, для приложений VLA диапазона MWIR Sofradir (также как некоторые ее партнеры в США) переходит к молекулярно-лучевой эпитаксии (МВЕ - molecular-beam epitaxy), основанной на германиевой подложке, которая более доступна при больших размерах пластин. (Применение МВЕ для производства LWIR-приемников все еще находится в стадии изучения, но Sofradir убеждена, что такая технология будет также существенной для будущего изготовления больших биспектральных матриц или матриц LW1R).

Первым плодом перехода к МВЕ является новый MWIR-приемник Scorpio 640x512, выпущенный в апреле 2004 г. С шагом матрицы 15 мкм он имеет такую же стоимость и размеры, как и существующие МСТ-приемники MWIR с матрицей 320x256 (с шагом 30 мкм). Таким образом, он может быть использован в качестве легкой замены с четырехкратным количеством пикселей, более низкими требованиями к питанию, лучшей температурной чувствительностью, большей надежностью и лучшим разрешением.

Scorpio также дает возможность Sofradir предложить прибор TV-формата по цене VLA размера 320x256 (и который меньше, чем ее самый продаваемый сканирующий приемник 288x4).

Компания Sofradir заявляет, что никто не может сделать то же, включая производителей InSb-приемников, которые не могут преодолеть шаг матрицы 20 мкм. Scorpio, который имеет среднее значение NETD (noise equivalent temperature differential - эквивалентная шуму разница температур) 0,0165 К, использующий оптику F/2, и с рабочей температурой 90...110 К, предлагается для применения в ракетах, в FLIR (forward-looking infrared - тепловизор переднего обзора), ручных и наблюдательных камерах. (Один из таких первых приемников применяется в последнем AGILE (airborne gyrostabilized IR light equipment - воздушное бортовое гиростабилизированное легкое ИК-оборудование) фирмы Thales Optronique.

Неохлаждаемые приемники

Фирма ULIS, коллега Sofradir во Франции в области производства неохлаждаемых приемников, начала свою деятельность в 2002 г., причем 85% собственности было инвестировано в Sofradir, и 15% - в СЕА Inovation.

ULIS, имея целью производство приемников в больших количествах по низкой цене, придерживалась простой интегральной структуры на основе кремния, применяя aSi-болометр в комбинации с методами микросоединений, используемых для поддержания эффективной теплоизоляции между приемником и его RIC (интегральной схемой с изменяемой структурой). По мнению генерального директора ULIS, «коэффициент заполнения нашей структуры очень высок» (>80%) в сравнении с неохлаждаемыми приемниками на основе оксида ванадия (VOx), изготовляемых другими поставщиками.

Мембрана болометра на основе VOx много толще по сравнению с aSi, и сопротивление его термоизоляционных контактов, следовательно, не такое хорошее. Термоизоляционный контакт aSi-болометра может быть также короче, что делает его более стойким к вибрации, а также увеличивает полезную поверхность болометра для использования в восприятии излучений.

Стандартный приемник LWIR на основе микроболометра с матрицей в фокальной плоскости размером 320x240 производства ULIS (первоначально был внедрен в 2001 г. под управлением Sofradir) имеет шаг 45 мкм и чувствительность 0,08 К NETD.

В декабре 2003 г.началось широкомасштабное производство нового приемника размером 160x120 с шагом 35 мкм и NETD, равной 0,05 (приближаясь к четырехкратному улучшению).

В декабре 2004 г. намечалось начать производство подобных приемников с матрицами 320x240 и 384x288 и шагом 35 мкм.

В начале 2004 г. также началась разработка приемника 640x480 с шагом 25 мкм, который, как ожидается, будет производиться в середине 2005 г. Уменьшение шага позволяет увеличить формат для данных размера и цены, а также позволяет уменьшить размер оптики для данного поля зрения. Однако, при этом происходит ухудшение чувствительности, которое должно компенсироваться посредством других технологических усовершенствований.

В настоящее время в военной области приемник ULIS в основном применяется в приборах наблюдения для водителей и ручных тепловизорах. Одним из первых таких применений было в составе ELVIR (Equipement Leger de Vision Infra Rouge), ручной ИК-камере, разработанной Thales Angenieux.

Продукция фирмы ULIS

Первоначальные поставки начались в январе 2004 г. с 200 единиц для использования в армии Польши и оценки французскими войсками, которые в настоящее время включают основную линию приемников ULIS размером 320x240 пикселей. Однако планируется вытеснить их версией с шагом 35 мкм со значением NETD до 0,065 К.

ELVIR - это модульный прибор с камерой, визуальным отображением и взаимозаменяемыми объективами узкого и широкого FOV (field of view - поле зрения). Последние включают в себя линзы 25 мм F/0,8 с FOV 33,6°х24,1°; линзы 50 мм F/0,8 с FOV 16,4°х12,3°; а также линзы 100 мм F/1,25 с FOV 8,1°х5,9°. На сегодняшний день его дальность обнаружения составляет 1...1,2 км, общая масса - 1,6 кг, включая 25-мм объектив и встроенный портативный ионно-литиевый батарейный источник питания, обеспечивающий время работы 8 ч. При необходимости, прибор может быть установлен на штатив, с применением 12-м кабеля для связи камеры с ее модулем визуализации. Последний представляет собой обычный зрачковый дисплей с усиливающими изображение очками Lucie фирмы Thales Angenieux, и может наблюдаться с использованием стандартного головного шлема Lucie. Версия ELVIR для освобождения рук, питающегося от портативного батарейного источника питания, носимого на поясе, возможно, будет внедрена в 2005 г.

Компания Sagem является одним из двух главных производителей завершенных систем тепловидения. На основе приобретенного у Sofradir охлаждаемого приемника Gen II 288x4 LWIR в 1988 г. Sagem поставила свою первую продукцию как часть перископа подводной лодки ВМС Дании в 1991 г. Приемник 288x4 явился основой для семейства тепловизоров Iris, 10 версий которых существуют в настоящее время, с FOV, лежащим в диапазоне 2°...40°. Они основаны на ряде общих модулей, включающих наиболее дорогостоящие и важные элементы, такие как микроохладитель приемника, сканер, электронные блоки, питание, фиксированную оптику и фокусирующие модули.

Высокоэффективные приборы Iris

Прибор Iris нацелен на высокоэффективную часть рынка, так к июню 2004 г. было продано 3000 приборов. Они нашли применение на подводных лодках, надводных кораблях, непилотируемых летательных аппаратах, вертолетах Tiger и NH90, истребителях Mirage, танках Leclerc, оборонительных системах Roland и SkyShield, a также на боевых машинах пехоты CV9030 Финляндии и Швейцарии.

Iris, применяющийся в виде танкового прицела, обычно имеет массу

В 1997 г. Sagem начал производство первых версий семейства портативных тепловизоров Matis Gen III, основанных на матрицах со сканированием в фокальной плоскости/без механического сканирования, и первоначально нацеленных на рынок ручных тепловизоров. К концу 2003 г. компания продала около 3500 приборов, и их номенклатура была расширена, включая Matis Standard для использования в прицелах, Matis Manportable для оружейных применений, а также Matis Long-Range для применений в наблюдении. Их базой является охлаждаемый InSb-приемник 320x240, подобный производимому фирмой SCD в Израиле или Raytheon в США. Ручной Matis Hand-held имеет массу 2,5 кг без батарей, двойное FOV (9°х6°/3°х2°) с электронным увеличением х2. Чувствительность приемника составляет

Одним из его применений было в качестве части системы пограничного наблюдения Sagem BSV 2000, монтируемой на мачте, установленной на автомобиле Nissan patrol 4x4. Под названием Milis, Matis MP с массой 7 кг был адаптирован в качестве взаимозаменяемого ИК-прицела для применения на огневом посту противотанковых ракет Milan, а также для системы ракетной противовоздушной обороны Mistral.

Тепловизор Matis Long Range, который применяется главным образом на флоте, имеет массу 6 кг и более дорогостоящую оптику с двойным FOV (12°x8°/2,5°xl,7°) с электронным увеличением х2, что, в комбинации с микросканером 2x2, как заявляется, дает очень высокое разрешение. Его гироскопическая термальная тонкая стабилизация уменьшает ошибку стабилизации с 1 до 0,1...0,2 mil.

Ручные тепловизоры

В 1999 г. Sagem также внедрил пару многофункциональных ручных тепловизоров, известных как JIM (Jumelle Infrarouge Multifonction) MR (medium range - средняя дальность) и LR (long range - высокая дальность). JIM MR, 3000 единиц которого заказаны в рамках программы FELIN французской армии, основан на микроболометрическом приемнике с матрицей LWIR 320x240 в фокальной плоскости (поставляемый, среди других, фирмой ULIS).

По оценкам, он имеет NETD 3,5 км и >1 км соответственно. Полный комплект массой 1,8 кг включает лазерный безопасный для зрения (на расстоянии более 1,54 М) дальномер, действующий на 5-км дистанции, цифровой магнитный компас Vectronix, а также приемник GPS (global positioning system - глобальная система навигации и определения положения) типа С/А. Также предусмотрено внешнее присоединение.

JIM LR имеет похожие многофункциональные возможности, но основан на охлаждаемом приемнике MWIR (с матрицей 320x240 или 384x256 пикселей, типа МСТ или InSb), имеющем NETD 9 км/>3,5 км. JIM LR имеет массу 2,8 кг.

Находится в разработке выносная версия для применения на машинах, или в качестве прибора обнаружения целей для разведывательных платформ, или как оружейный прицел для турелей среднего калибра. Его выход может быть по выбору присоединен к дисплею системы управления боем, или к радиопередатчику для передачи изображений и данных.

Другим главным поставщиком тепловизоров во Франции является фирма Thales Optronique. Сейчас она является частью вновь сформированной бизнес-группы Thales Land and Joint, которая объединяет, кроме других компаний, Thales High Tech Optics и дочерние компании по производству тепловизоров в Канаде, Нидерландах и Великобритании. Их объединение позволяет Thales производить самый широкий спектр тепловизоров в мире с охлаждаемыми и неохлаждаемыми приемниками, с разнообразными применениями, начиная с ручных приборов до устанавливаемых на машинах, кораблях и летательных аппаратах.

Thales также оценивает себя как крупнейшего поставщика в Европе, произведя 25 000 тепловизоров за последние 20 лет. Современные тепловизоры с охлаждением производства Thales Optronique в основном базируются на IDDCA (Sofradir), включая в состав приборов либо приемники Sofradir со сканирующей матрицей 288x4 LWIR, либо приемники Thales с матрицей со сканированием в фокальной плоскости/без механического сканирования 384x288 QW1P LWIR.

Тепловизор Sophie

В первой категории находится наиболее популярный ручной тепловизор Sophie, внедренный в 1996 г., и находящийся в массовом производстве с 1998 г. Около 5000 приборов было поставлено в более чем 35 стран. Его масса составляет 2,4 кг, и он имеет двойное FOV (8°х6с74°х3°) с возможностью электронного увеличения х2 (2°х1,5°). Его температурная чувствительность составляет

В дополнение к его внутреннему видеодисплею LCD (liquid crystal display - жидкокристаллический дисплей), Sophie имеет внешний видеовыход CC1R или RS170. С широким FOV дистанция обнаружения человека равна 2,5 км, танка - 5 км, вертолета - 6 км и самолета - 8,5 км. Для узкого FOV указанные величины возрастают до 4,5 км, 9 км, 11,5 км и 16 км соответственно, а дальности распознавания (с увеличением х2) составляют соответственно 2,5 км, 5,5 км, 7 км и 10 км. В дополнение к применению в виде ручных приборов, тепловизор Sophie основной линии также был адаптирован к таким применениям, как противотанковая борьба, системы наведения и находящиеся на борту машин системы наблюдения (со стабильностью оси

В 2001 г. были изготовлены прототипы расширенной версии Sophie L с массой 3 кг, которая включает дополнительный безопасный для зрения (эрбиевое стекло для лазерной подсветки) лазерный дальномер (эффективный до 5 км в стандартных условиях, максимум 10 км) вместе с цифровым магнитным компасом для гониометрии. Новейшей версией является Sophie FM (multi-function - многофункциональный), которая включает все свойства Sophie L, со встроенной (по выбору) телекамерой CCD (на приборах с зарядовой связью) дневного видения, связью с внешним или встроенным приемником GPS и лазерным целеуказателем. Находятся в рассмотрении функции записи голоса и Blue Tooth, вместе с выбором более узкого FOV (3,2° х 2,4°).

Для установки приборов высокого качества на машинах, Thales Optronique предлагает серию тепловизоров Catherine. Как и тепловизоры Sophie, приборы основной линии Catherine FC и Catherine GP включают в себя приемник Sofradir 288x4 LWIR, в первом случае с микроохладителем, а во втором - с линейным охладителем.

Тепловизоры FC, разработанные для применения в системах управления огнем и наблюдения, имеет объем 5 л, массу 5 кг и два FOV (9°х6,7573°х2,25°), со стабильностью линии визирования 0,1 mil. Его температурная чувствительность составляет

Версия GP, с объемом 12 л и массой 11 кг, используется как часть флотской ракетной системы ПВО. Она имеет два FOV (9°х6,75°/3°х2,25°), обеспечивая для узкого FOV дальность обнаружения 18 км для вертолета, 24 км - для истребителя и 50 км - для боевого корабля.

Модель Catherine QW

Модель Catherine QW, разработанная для применения в прицелах бронетехники, очень компактна, с массой 2,7 кг и объемом 2,5 л.

Она отличается от других вариантов Catherine в применении Sofradir IDDCA, включающим приемник Thales 384x288 QWIP LWIR с температурной чувствительностью

Версия Catherine QW с более узкими FOV (9°х6,373°х2,3°), микросканированием и 20%-ным увеличением дальности предлагается для включения в камеру дистанционного наблюдения, устанавливаемой на борту разведывательных машин VBL французской армии.

Менее значимой в этой области является компания CEDIP Infrared Systems, основанная в 1989 г. с целью обслуживания индустрии, Research&Development, покупателей в области медицины и обороны. Среди других номенклатура ИК-камер компании сейчас включает семейства тепловизоров Jade среднего формата (320x256 пикселей) и Emerald большого формата (640x512 пикселей), которые в основном функционируют в диапазонах MWIR и LWIR (хотя существует тепловизор Jade, работающий на волнах 1... 2,5 мкм диапазона SWIR (short-wave infrared - коротковолновая область ИК-спектра).

Камеры Jade используют приемники на основе InSb или матриц в фокальной плоскости МСТ с чувствительностью

Серия Jade

Модели MWIR имеют массу 5,5 кг, a LWIR - 8 кг. Для применений наземными войсками и на флоте CEDIR в настоящее время предлагает версию камеры Jade Long Range (LR) с новаторской конструкцией трифокального объектива, и установленной в усиленный и герметический корпус.

Jade LR, которая включает InSb-приемник с матрицей в фокальной плоскости и 14-бит цифровую электронику, использует линзы, управляемые электроприводом (фокусное расстояние 25, 80 и 320 мм), переключаемых одной командой, для обеспечения оптимальных способностей по обнаружению и распознаванию на расстояниях от 5 до 25 км. Она может эксплуатироваться дистанционно посредством линии связи, при этом видеоизображение обеспечивается в аналоговом или цифровом (RS422) формате.

Семейство Jade также включает камеру Jade UC (uncooled - неохлаждаемая), в основе которой - микроболометрический приемник ULIS aSi. Используя тот же приемник, CEDIP недавно внедрила милитаризованные ИК очки ночного видения, известные под названием Ruby, которые представляют прямую конкуренцию для Thales Angenieux ELVIR.

Ruby имеют массу менее 2 кг, включая батарею и объектив F/1,3 100 мм, посредством которого достигается увеличение х3 и FOV 8°х6°. Для дистанционного наблюдения может применяться съемный бинокулярный окуляр с FOV 27°х20°. Диапазон рабочих температур составляет от -20 до +45°С.

Jane's International Defense Review. - 2004. - № 6. - P.38-45.


Для комментирования необходимо зарегистрироваться на сайте

  • <a href="http://www.instaforex.com/ru/?x=NKX" data-mce-href="http://www.instaforex.com/ru/?x=NKX">InstaForex</a>
  • share4you сервис для новичков и профессионалов
  • Animation
  • На развитие сайта

    нам необходимо оплачивать отдельные сервера для хранения такого объема информации