.jpg/1280px-AGM-62_Walleye_on_a_A-7C_Corsair_II_of_VX-5_at_the_White_Sands_Missile_Range,_1_December_1978_(6413520).jpg)
Оптические контрастные искатели , или просто контрастные искатели , представляют собой тип системы наведения ракет , использующей телевизионную камеру в качестве основного входного сигнала. Камера изначально направлена на цель, а затем фиксируется, позволяя ракете лететь к цели, сохраняя стабильное изображение в поле зрения камеры.
Первой серийной ракетой с контрастной головкой самонаведения стала AGM-65 Maverick , разработка которой началась в 1960-х годах, а в эксплуатацию она поступила в 1972 году. Система не получила широкого распространения, поскольку более распространенными стали другие технологии наведения, такие как лазерное наведение и GPS , но та же базовая концепция используется в камерах для отслеживания объектов, включая системы, используемые для наведения лазерных целеуказателей .
Контрастные искатели следует отличать от телевизионных систем наведения , в которых прямой телевизионный сигнал транслируется на пусковую платформу, которая затем использует ручное управление для атаки цели. Примерами телевизионного наведения являются Martel и AGM-62 Walleye . Иногда используется термин «контур контраста», но его можно спутать с системами TERCOM .
Аналоговые телевизионные камеры сканируют изображение как ряд горизонтальных линий, которые укладываются вертикально, образуя сетку или «рамку». Прогресс камеры через кадр тщательно контролируется электронными таймерами, известными как генераторы временной развертки , которые вырабатывают плавно увеличивающиеся напряжения . Когда камера сканирует изображение, яркость текущего сканируемого места также представляется в виде напряжения. Ряд изменяющихся напряжений от датчика формирует амплитудно -модулированный (АМ) сигнал, который кодирует изменения яркости вдоль любой заданной линии сканирования. Дополнительные пики напряжения добавляются к сигналу, чтобы указать, когда заканчивается строка или кадр. [1]
Контрастный искатель — это простое устройство, которое можно реализовать с помощью базовой аналоговой электроники. Сначала он использует некоторую форму автоматического управления усилением для регулировки яркости изображения до тех пор, пока оно не будет содержать некоторые области с высококонтрастными пятнами. Это создает сигнал напряжения смещения для представления уровня яркости фона, выделяя более яркие объекты. Любое быстрое изменение контраста вдоль заданной линии сканирования вызывает внезапное изменение напряжения от камеры. Если изменение больше выбранного порогового значения, оно запускает вторую схему, которая отправляет выход двух генераторов временной развертки сканирования в конденсаторы. Таким образом, конденсаторы хранят значение напряжения, представляющее местоположения Y и X любого высококонтрастного пятна на изображении. [2]
Изображение с камеры ракеты также отправляется в кабину, где оно появляется на небольшом телевизионном экране, часто одном из многофункциональных дисплеев самолета . Ракета изначально наводится на цель вручную, обычно с помощью небольшого управляющего ввода на ручке управления пилота или офицером по вооружению в двухместном самолете. Когда нажимается спусковой крючок для маркировки цели, включаются контуры порога контрастности, когда камера сканирует места, близкие к маркированной точке на экране. Любые высококонтрастные изображения в этой области затем запоминаются. Обычно записанная точка указывается на экране, обычно с квадратом вокруг выбранной точки. Оператор может выбрать другие высококонтрастные точки на изображении, пытаясь выбрать ту, которая находится либо на цели, либо очень близко к ней. [2]
После выбора подходящего изображения цели искатель переходит в режим отслеживания. В этом режиме выходной сигнал с камеры игнорируется, за исключением случаев, когда она сканирует близко к исходному замаринованному месту. В этих местах схема срабатывает как обычно, отправляя выходной сигнал на второй набор конденсаторов. Сравнивая напряжения в двух наборах конденсаторов, разница в местоположении между первоначально выбранным местом и текущим местом выводится как сигнал ошибки. Он отправляется в карданный подвес искателя, чтобы повернуть камеру так, чтобы она снова выровнялась с исходным местоположением. Затем система наведения сравнивает угол камеры с углом корпуса ракеты и посылает команды аэродинамическим элементам управления, чтобы вернуть ее на курс столкновения. Для решения проблемы необходимости отслеживания движущихся целей обычно используется пропорциональная навигационная система, которая, естественно, выдает необходимое упреждение . [2]
Искатели контраста сталкиваются с проблемами, когда контрастное пятно меняется. Это может произойти довольно легко, если цель меняет угол, вызывая изменение абсолютной яркости объекта, или если он движется, что может изменить контраст относительно окружения. Например, танк на дороге может обеспечить очень высококонтрастное пятно слежения, только чтобы оно исчезло, когда он съезжает с дороги в низкий кустарник. Его также могут обмануть изменения искусственного освещения и подобные эффекты. Вот почему таймеры «закрыты», чтобы ограничить область, в которой изменения могут происходить без нарушения блокировки.
Одним из решений этой проблемы является использование инфракрасного изображения вместо видимого света. Это особенно хорошо подходит для длинноволновых инфракрасных камер, которые получают изображение тепловой сигнатуры цели. Это очень эффективно против транспортных средств, таких как танки, где двигатель создает превосходное высококонтрастное изображение для поиска, и немногие другие объекты в природе будут генерировать подобный сигнал. Однако это также значительно увеличивает стоимость искателя, особенно в 1970-х годах, когда эта технология была новой, а также ограничивает ее использование против транспортных средств или других горячих источников. Это означает, что самолет должен нести два типа ракет: одни с ИК для транспортных средств, а другие с искателями видимого света для атаки других целей, таких как мосты или бункеры.
Более тонкая проблема заключается в том, что контрастная головка самонаведения, в отличие от большинства систем самонаведения, теряет точность по мере приближения к цели. Это происходит из-за того, что изображение точки слежения растет по мере приближения. То, что могло быть одним пикселем на экране, когда ракета была запущена с расстояния 10 км, может расшириться на десятки пикселей к тому времени, когда она достигнет километра от цели. В этот момент логика слежения больше не работает так естественно, любая область в пределах ограниченного диапазона теперь будет возвращать положительный сигнал, заставляя головку самонаведения отслеживать вперед и назад в пределах области. [3]
Таким образом, ранние искатели контраста использовали вторую систему, которая замечала, что целевое пятно начинает распространяться на несколько пикселей, и фиксировала угол подхода в фазе движения по инерции, как только это происходило. [3] Это означает, что последние движения цели или любая оставшаяся ошибка отслеживания не могут быть устранены. Однако системы, нацеленные на центр протяженной цели, появились еще в начале 1970-х годов, и современные системы могут применять любой требуемый уровень обработки изображений, необходимый для решения этой проблемы.
Основная концепция использовалась в различных формах с 1940-х годов. Одним из самых ранних примеров является Aeronca GB-5 (GB для Glide Bomb), которая была задумана как противокорабельная система. По сути, это была бомба, оснащенная короткими прямыми крыльями и небольшими хвостовыми поверхностями с системой слежения от Hammond-Crosley, называемой B-1. В отличие от более поздних примеров, эта использовала механическую сканирующую систему с двумя фотоэлементами, изучающими изменения контраста, когда искатель колебался влево и вправо. Это хорошо работало против кораблей, где корабль был единственным, что пересекало линию горизонта. Это была одна из многих различных систем слежения, реализованных в рамках серии GB, которая также включала телевизионное наведение, полуактивное радиолокационное самонаведение , инфракрасное самонаведение и любое количество различных систем радиоуправления MCLOS . [4]
Самым известным примером ракеты с контрастным наведением является Maverick, которая постоянно используется с начала 1970-х годов. В некоторых ранних боевых применениях во время войны во Вьетнаме пилоты на своей первой миссии «испарили» грузовик прямым попаданием, только чтобы получить выговор от своего командира за использование оружия стоимостью 25 000 долларов против цели стоимостью 500 долларов. [5] Несмотря на это, пилоты были чрезвычайно воодушевлены этим оружием, и оно стало основным продуктом ВВС США в 1970-х годах. Всего во время рейдов Linebacker в 1972 году было выпущено 99 ракет , что позволило достичь 88% попаданий. [6]
Начиная с 1967 года, та же базовая головка самонаведения была также адаптирована в качестве основы для системы самонаведения бомбы, или HOBOS, которая представляла собой пакет наведения, подходящий для стандартной бомбы Mark 84 весом 2000 фунтов (910 кг) . Системы наведения, KMU-353 и KMU-390, по сути, были переупакованными головками самонаведения Maverick модели A, в то время как KMU-359/B использовала более позднюю версию ИК-визора от Maverick модели D. После полной сборки головка самонаведения, система наведения и бомба были известны как GBU-8 или GBU-9 при использовании с бомбой Mark 118 весом 3000 фунтов (1400 кг) . [7] Программа обновления началась в 1972 году для решения проблем с дальностью захвата цели, в результате чего появилась GBU-15 . Отличие заключалось прежде всего в том, что изображение передавалось обратно на самолет-носитель во время полета ракеты, что позволяло офицеру по оружию корректировать ее траекторию способом, более похожим на другие системы с телевизионным наведением. [8]
Основная проблема, обнаруженная экипажами на ранних этапах испытаний, заключалась в том, что изображение часто было слишком маленьким для захвата с большого расстояния, что требовало подхода на расстояния, значительно входящие в радиус действия ракеты. В других случаях ракета захватывала близлежащие цели, в одном случае отрываясь от танка и приземляясь в кустах, которые экипаж быстро окрестил «тактическими кустами». [9] Использование видеозаписи цели самонаводящейся ракеты позволило новым экипажам извлечь уроки из своего опыта и быстро узнать, какие цели и столкновения приведут к успеху. [10]
Контрастная головка самонаведения также имела несколько эксплуатационных проблем. Из-за среды, в которой они летали, контрастные головки самонаведения, как правило, не подходили для запуска с вертолетов , [11] что привело к экспериментам с использованием проводного наведения ( TOW ) или лазерного самонаведения ( Hellfire ). В конечном итоге эти системы оказались пригодными для запуска с многих типов платформ, и лазерное наведение, в частности, стало гораздо более распространенным. Эти системы часто используют ту же самую базовую систему слежения как часть системы лазерного целеуказателя на самолете, удерживая камеру или FLIR примерно направленными на заблокированную цель так же, как это работало в головке самонаведения ракеты.