Dosahy OE přístrojů v reálných podmínkách

Dosahy OE přístrojů v reálných podmínkách Teodor Baláž, Zdeněk Řehoř Tato prezentace je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. 22.10.2010 1

Činnost OE přístrojů L a,, Cn D, f, 2w cíl OEP Det., Rek, ident lokalizace L, d, k s 2

3

Množství informace tgw H 0,85 SP log 2 2 m D 50 mm, w 2, m 256 4

VIS NIR MW LW = (0,38 = (0,75 (8 (3- - 14) 0,75) 1,7) m m 5

Dosah OE přístroje s 2 max S S cosa cos m NEP o c f M, T N E cíl a ds w H = H' D DET s f 6

Johnsonovo kritérium p h d d 7

Johnsonovo kritérium 8 50 50 50 0,7 2,7, 1 n n E n n n n P E E n

Johnsonovo kritérium vzor detekce rozpoznání identifikace 9

Transmitace atmosféry absorbce disperze a f, w, p, T, f, w, p, T, s s Sníţení kontrastu a dosahu turbulence 2 C n Deformace obrazu, chyba zaměření 10

Turbulence 12. 7. 2006 o 13 20 teplota vzduchu T v 36 C teplota asfaltového povrchu T a 45 C t 60 s 1/ 1000 z t e vzdálenost rychlokamery od objektu s 307 m s Snímací objektiv CORRECTAL S5LPJ9034 2x, f 300 mm c 9 telekonvertorem h 1,5 m 11

Turbulence Snímek hodnocené videosekvence a zprůměrovaný snímek name 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 5 10 15 20 25 30 12

Turbulence 13

Turbulence Fluktuace okamžité polohy těžiště. Na levém obrázku jsou uvedeny i odlehlé hodnoty. Na pravém snímku jsou odlehlé hodnoty odstraněné. 14

Turbulence Fluktuace okamžité polohy těžiště ve směru osy x i s odlehlými hodnotami ve směru osy y i s odlehlými hodnotami. 15

Turbulence fluktuace okamžité plochy obrazu cíle fluktuace okamţitého relativního jasu cíle. S 112,48 12, 81 c p 2 L Ls L 5,2 10 16

Turbulence 3. 7 2008, o 10 30 teplota vzduchu T v 24 C Laser CCD rychlokamera REDLAKE, snímková frekvence 100 snímků za sekundu, t 60 s 1/ 1000 z t e vzdálenost rychlokamery od objektu s 2095 m Snímací objektiv CORRECTAL S5LPJ9034 s telekonvertorem 2x, f 300 mm c 9 17

Turbulence 18

I.č. Kamery Planckův zákon M, T 5 c 2 exp c c 1 T 10 1 2 c 16 2 1 hc 3,7415 Wm hc 2 2 2 1,438810 mk k 19

M Wienův posuvný zákon 6 x 109 5 4 3 2898 max [ m] T 2 1 0 0 2 4 6 8 10 12 14 [um] 20

Stefanův Boltzmanův zákon 21 d 1 exp d, 0 2 5 1 0 T c c t T L T L 4 2 8 4 K Wm 10 5,6697, T T L 4 T T L T M

Spektrální emisivita 22 T L T L T,,, 4, T T L T T M

23

24

Snímaný objekt Te e e T c c e Rušivý parazitní objekt c e c e zrcadlo T K 25

26

27

T k [-] 200 180 160 140 120 100 80 0 20 40 60 80 100 120 t [min] 0.9 50 0.8 40 0.7 30 0.6 20 0.5 10 0.4 0 0.3-10 0.2-20 0.1 0 20 40 60 80 100 120 t [min] -30 0 20 40 60 80 100 120 t [min] 28

, Od rušivého objetku odraz v zrcadle 29

30

Ekvivalentní teploty 31 4 T T T e Teplota úhrnného záření T e Teplota záře T L T T c c T L, ln 1 2 2 Teplota chromatičnosti T C 1 2 2 2 1 1 1,, ln 1 1 c T T T T c

H [W m-2 um-1] Intenzita vyzařování H [W m-2 um-1] H [W m-2 um-1] 4.5 x 10-3 T 320 K, 0,8 4 3.5 3 2.5 2 1.5 M 2 1 14 271,74 Wm 1 0.5 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 [m] x 10-5 1.5 x 10-3 4.6 x 10-3 4.4 1 M 2 3 5 9,6 Wm 4.2 4 3.8 3.6 0.5 3.4 3.2 3 M 2 8 14 186,75 Wm 0 3 3.2 3.4 3.6 3.8 4 4.2 4.4 4.6 4.8 5 [m] x 10-6 2.8 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4-5 [m] x 10 32

Podíl intenzity vyzařování 33, d d, d 2 1 T M M 1 exp, 2 5 1 T c c T M 0,068 p Slunce

Teplotní kontrast 34 1 2 1 2 T M T M T M T M C

Orientační dosah nočních přístrojů různých generací Gen 2 Gen 3 Super Gen 2 Gen 4 Termovizní 1000m osvětlení 10-5 lx (tmavá noc), cíl - vozidlo, kontrast C = 0,3 35

[mrad] K stanovení základních parametrů PNV ( 0,45 0,64 L 0,42) 1 60 2 k 0,02 180 3 36

Schéma PNV 37

Aktivní přístroj CÍL PNV - AKTIVNÍ IR filtr reflektor objektiv EOP okulár vlastní přístroj 38

Pasivní přístroj CÍL PNV- Pasivní Záření noční oblohy objektiv ZJO okulár vlastní přístroj 39

Zesilovač jasu obrazu vnější fotoelktrický jev elektroluminiscence fotokatoda stínítko VIS VIS - proud e zesílení - 40

Vývoj konstrukčního uspořádání ZJO 41

U = 18 kv - + anoda luminofor - fotokatoda 42

První ZJO - EOP 43

44

45

46

Charakteristiky ZJO určující dosah PNV Charakteristika ZJO Rozměr Poměř signál/ šum [SNR] Rozlišovací schopnost [čar/mm], [lp/mm] Citlivost fotokatody [μa/lm] Zesílení Maximální výstupní jas stínitka Ekvivalentní osvětlení pozadí [EBI, μlx] 47

48

49

Rozlišovací schopnost ZJO jako f-ce osvětlení 50

Rozlišovací schopnost ZJO jako f-ce osvětlení 60 čar/mm a rozdílné úrovně jasu 20 čar/mm a rozdílné úrovně jasu 51

52

MTF 53

MTF 54

S f 55

56

Luminiscenční stínitka 57

Luminiscenční stínitka XR5 s P43 XR5 s ONYX 58

Halo jev ZJO 3. a 4. generace 59

Simrad 60

Simrad 61

Princip činnosti ILD 62

Halem 2 63

Halem 2 Technische Daten Sender Typ Nd:YAG-Laser mit Ramanzelle Wellenlänge 1543 nm Laserklasse 1M EN 60825/2003 Augensicherheitsabstand (NOHD) 0 m Pulsenergie 10 mj Pulsdauer 5 ns Strahldivergenz 0,8 mrad Meßrate 0,5 Hz Empfänger Typ InGaAs-PIN-Diode alternativ: InGasAs-Avalanche-Diode Beobachtungsoptik Typ 8 x 56 Sehfeld 110 mrad Entfernungsanzeige Datenanzeige 2 x 5stellig, LED, Helligkeit einstellbar Meßbereich 50 m - 39995 m Meßgenauigkeit 5 m Doppelzielauflösung 20 m Nahzielunterdrückung einstellbar in 10-m-Schritten bis zu 5000 m Erstziel-/Letztziel-Logik wählbar 64

Aktivní odrazná plocha objektu 65

Vadná detekce cíle c 0,2 s f s s c 0,65 66

3 10 1 4 7 3 9 terč s vyznačenou posloupností záměrných bodů 67

číslo záměrného bodu p. č. 1 2 3 4 5 s s s s s s s s s s 1 1085 0 1020-65 985-100 1085 0 1085 0 2 1085 0 1015-70 985-100 1085 0 1085 0 3 1085 0 1020-65 990-95 1085 0 1085 0 4 1085 0 1015-70 1015-70 1085 0 1085 0 5 1085 0 1085 0 1015-70 1085 0 1085 0 s 1085 1031 998 1085 1085 Δs 0-54 -87 0 0 číslo záměrného bodu p. č. 6 7 8 9 10 s s s s s s s s s s 1 1080-5 1085 0 1085 0 1010-75 1085 0 2 1085 0 1085 0 1085 0 1010-75 1085 0 3 1085 0 1015-65 1090 5 1010-75 1085 0 4 1085 0 1015-65 1085 0 1010-75 1085 0 5 1085 0 1015-65 1085 0 1015-70 1085 0 s 1084 1043 1086 1011 1085 Δs -1-39 1-74 0 68

Uspořádání experimentu - přesnost navedení v c D v t 69

Vyhodnocení Měřící terč Zaměřovací terč Záměrný kříţ Obraz ze zaměřovače Při vyhodnocování byla zjištována změna polohy záměrného kříţe vůči poloze pomocného měřícího terče 70

moving moving 3000 m 71

pomer [-] pomer [-] pomer [-] Zjištěné poměry výškové a šířkové chyby zamíření zaměřovače a jejich střední hodnoty 6 4 stojici - pohyblivy rsp=3.3918 2 0 0 5 10 15 20 mereni [-] 25 pohyblivy - stojici 8 rps=2.4679 6 4 2 0 0 5 10 15 20 mereni [-] 25 pohyblivy - pohyblivy 4 rpp=1.8493 3 2 1 0 0 5 10 15 20 mereni [-] 25 72

1,94 1 1,37 terč MĚŘENÍ 1 KŘIŢOVATKA V DOPADOVÉ PLOŠE y střecha D = 2345 m y 0,6 mrad D zamířeno na střed terče, pohyb terčem doprava po 0,1m 73

pt [-] pt [-] 1 pt ze byla zmerena spravna dalka 0.8 0.6 0.4 0.2 D=<2345,2350> D=<2345,2355> 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 chyba zamireni [mrad] 1 podminena pt spravne detekce dalky 0.8 0.6 0.4 0.2 D=<2345,2350> D=<2345,2355> 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 chyba zamireni [mrad] 74

Hodnoty výběrové pravděpodobnosti změření skutečné dálky cíle Po v % Pravděpodobnost správné detekce dálky 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 D = 5000m D = 4500m D = 4000m D = 3500m D = 3000m D = 2500m D = 2000m D = 1500m D = 1000m Směrodatná odchylka stranového zamíření Sigma(Psi) v mrad 75

Hustoty pravděpodobnosti sign. a šumový proud p fa i T p i di 0 d 1 fa p i T p i di p p (i) p (i ) N p d p (i + i ) N S 0 i T i S i p fa 76 76

Závislost p d na poměru (S/N) p fa. 1) p fa = 0,1; 2) p fa = 0,01; 3) p fa = 1.10-4 ; 4) p fa = 1.10-7 ; 5) p fa = 1.10-15 10 0 p d 1 2 3 4 5 10-1 10-2 s S N ~ 2 0 5 10 15 S/N i i N 77

i [na] ILD S = 600 m Cíl 3,5 mrad s pozadí 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 3 850 3 900 Proud na prahovém detektoru ILD 3 950 4 000 4 050 t - t0 [ns] 4 100 4 150 4 200 78

Přijatý výkon po odrazu od obj. 10-6 P p P v r v S c s 2 c o 2 S s VP 2 exp 2a atm s 10-8 10-10 b. a. P p /P v 10-12 a atm 310 5 10-14 10-16 c. a atm 310 4 10-18 10-20 10 2 10 3 3 a atm 310 10 4 s [m] 79 79

Dohlednost do 300 m d = 2350 m d < 1300 m 80

měřen í dálka měření dálka 1 10045 11 8490 2 17945 12 7275 3 18675 13 8010 4 13930 14 15705 5 5255 15 12940 6 9445 16 13535 a 65 dc, 65 dc od Slunce 7 13625 17 10400 8 7810 18 5495 9 9025 19 12625 10 4800 20 5930 81

Spektrum Slunce 82

Princip POED 83

Princip POED X=234 X=123 Y=567 Y=569 D =1600 84

POED 85

OS POED 86

Chyba měření dálky s POED s 2 cos 2 a ds f b f 2 sin a K f b f cos sina 2 a ds s 2 K 87

Srovnání chyb dálkoměru s různými ohniskovými vzdálenostmi objektivů, křivka 1 - f 150 f 250 f 300 f 500 f 650 s 0, 02s 88