Перископные комплексы подводных лодок

Размещено на http://allbest.ru

Перископные комплексы подводных лодок

Современные ПЛ оборудуются многофункциональным комплексом, состоящим из двух перископов, что обеспечивает широкие функциональные возможности такого комплекса и его надежность. За рубежом такие перископы классифицируются как перископы атаки (командирские перископы) и перископы поиска (универсальные перископы).

Перископ атаки используется для оперативной оценки надводной и воздушной обстановки.

Основным каналом является визуально-оптический канал окулярного наблюдения оператором, что определяет основную его конструктивную особенность - «проникающую» через основной корпус ПЛ трубу перископа с оптической системой, передающей изображение в окуляры наблюдения.

Перископ поиска предназначен для сбора возможно большего объема информации об обстановке в районе нахождения ПЛ. При отсутствии возможности наблюдения традиционным визуальным каналом он обеспечивает наблюдение за счет использования тепловизионной и телевизионной систем

Изображения от телевизионных и тепловизионного приемников информации передаются на экран монитора.

Для того чтобы создать оператору условия для выполнения одинаковых действий при управлении прибором, монитор устанавливается в окулярной части. Этот монитор можно использовать также и для отображения символов сопутствующей информации.

Таким образом, оператору, работающему с перископом, приходится обрабатывать большой объем визуальной информации.

Наиболее сложные вопросы при проектировании перископных комплексов, до настоящего времени не решенные, возникают при организации предъявления визуальной информации оператору с учетом его психофизиологических характеристик.

Целью работы является изучение принципов построения окулярной части современного перископа, обеспечивающей оптимальные условия для работы оператора, ведущего наблюдение через визуальный канал.

Проблемы, связанные с построением окулярной части современных перископных систем

Наиболее сложной задачей при построении перископных комплексов, по нашему мнению, является организация рационального предъявления визуальной информации оператору с учетом его психофизиологических характеристик.

С точки зрения рационального построения оптических наблюдательных систем прежде всего возникают вопрос по какой из существующих схем целесообразно в данных условиях применения реализовать окулярную часть, а именно выполнить его в виде монокуляра, бинокуляра или псевдобинокуляра.

До последнего времени окулярная часть отечественных перископов выполнялась по монокулярной схеме, т.е. наблюдение велось через один окуляр.

Однако, обзор отечественных и зарубежных публикаций показал, что зарубежные фирмы, строят окулярную часть своих перископов по бинокулярной схеме. Здесь возможны две схемы построения.

В первой схеме оператор наблюдает в каждом из двух окуляров изображение, сформированное визуальным каналом, и сопутствующую информацию.

Во второй схеме построения окулярной части оператор наблюдает в один окуляр изображение, сформированное визуальным каналом, а второй окуляр используется только для ввода в него сопутствующей информации.

Следующий ряд задач, возникающих при проектировании окулярной части, связан с необходимостью предъявлять оператору видеоинформацию (сопутствующую знаковую или телевизионного канала).

При этом неизбежно возникают вопросы о цветовой гамме символов сопутствующей информации, их угловых размерах, о яркости и структуре экранов мониторов, обеспечивающих наилучшие условия наблюдения и восприятия изображения.

Еще одна задача, которая осталась до настоящего времени нерешенной при проектировании подобных систем, связана с физиологическими аспектами восприятия зрительных образов при монокулярном, бинокулярном и псевдобинокулярном предъявлении.

Выбор оптической схемы построения окулярной части перископа

Зарубежные фирмы, занимающиеся перископостроением, конструируют окулярную часть по бинокулярной схеме с возможностью переключения на монокуляр .

При этом используются, как правило, две схемы построения.

В первой схеме окулярной части оператор наблюдает в один окуляр изображение, сформированное визуальным каналом, а второй окуляр используется только для ввода в него сопутствующей информации, это так называемая псевдобинокулярная схема построения.

Во второй схеме оператор одновременно наблюдает в каждом из двух окуляров изображение, сформированное визуальным каналом, и сопутствующую информацию на экране монитора, это бинокулярная схема построения.

Псевдобинокулярная схема построения

Визуальный и канал наблюдения сопутствующей информации представляют собой самостоятельные, раздельные каналы.

Таким образом, световой поток, передаваемый визуальным каналом, направляется в один глаз и в один окуляр, а с экрана монитора - в другой глаз и окуляр.

Данная схема псевдобинокуляра основана на физиологических особенностях зрительной системы человека, когда два изображения, поступающие в каждый глаз, сливаются в одно, которое и воспринимается человеком.

С технической точки зрения такой способ предъявления визуальной информации имеет существенное преимущество, так как позволяет снизить неблагоприятное влияние высоких уровней освещенности изображения, создаваемого визуальным каналом, на контрастность изображения на экране монитора.

При недостаточных светотехнических характеристиках миниатюрных мониторов этот фактор оказывается существенным.

На рисунке 3 представлены изображения, наблюдаемые в каждый из окуляров (а; б), а также изображение воспринимаемое оператором при одновременном наблюдении в оба окуляра (в).

При реализации псевдобинокулярного способа предъявления информации происходит искусственное разделение полей зрения правого и левого глаза, что приводит к возникновению ряда психофизиологических феноменов.

Такой способ предъявления информации не является для зрительного анализатора естественным. Создание псевдобинокуляра ставит вопрос об изменении зрительных функций одного глаза при воздействии световых раздражителей на другой глаз.

При псевдобинокулярном предъявлении правый и левый глаз воспринимают изображения, которые могут значительно отличаться по яркости.

Это связано с тем, что один глаз оператора, взаимодействующий с изображением на экране монитора, полностью экранируется, а другой глаз воспринимает информацию, передаваемую визуальным каналом.

Бинокулярная схема построения

В бинокулярной схеме оператор наблюдает одновременно в каждом из двух окуляров изображение, сформированное визуальным каналом, и сопутствующую информацию с экрана монитора. Схема построения бинокуляра представлена на рисунке 4.

Для создания бинокуляра можно применить склейку призм 2, на склеенные грани которых наносится светоделительное покрытие для разделения светового пучка на два окуляра.

Склейка призм устанавливается в параллельном ходе лучей между объективами 1 и 3. Далее объективы 3 собирают пучки лучей в фокальных плоскостях окуляров 5. Для возможности регулирования межзрачкового расстояния применяются призмы-ромб 4 (показаны их сечения).

1 , 3 , 6 - объективы, 2, 4 - призмы, 5 - окуляр.

Канал наблюдения сопутствующей информации состоит из объективов 6, 3 которые проецируют изображение сопутствующей информации с экрана монитора в фокальную плоскость окуляров 5.

Таким образом, в фокальной плоскости окуляров образуется изображение сопутствующей информации и изображение внешних наблюдаемых объектов. Оператор наблюдает в окуляры эти изображения совмещенными. Вид поля зрения в окуляр представлен на рисунке 5.

Рисунок 5 - Вид поля зрения при наблюдении в бинокуляр

При создании окулярной части по бинокулярной схеме возникает еще одна проблема - оператор может не различить сопутствующую информацию на фоне изображения наблюдаемых объектов, формируемого визуальным каналом, как показано на рисунке 3.5.

Для устранения этого недостатка необходимо, чтобы яркостный контраст между ними составлял не менее 2% (минимально различимый глазом человека яркостный контраст).

Визуализация информации с экрана монитора

Современные наблюдательные приборы, используемые в боевых подвижных средствах, такие как перископы подводных лодок, надводных кораблей, бронетранспортеров и т.п., должны обеспечивать возможность наблюдения в любое время суток и в сложных погодных условиях.

С этой целью они оборудуются дополнительно к визуальному каналу оптоэлектронными каналами (телевизионными приборами, работающими при низких уровнях внешней освещенности, а также тепловизионными приборами).

Таким образом, оператору, работающему с комплексным прибором, приходится работать с большим объемом визуальной информации.

Поэтому при разработке таких комплексных приборов встает вопрос о создании рабочего места оператора, а именно, о способах предъявления оператору видеоинформации.

Рабочее место оператора часто выполняется таким образом, что информация от каждого наблюдательного канала передается на экраны нескольких мониторов (рисунок 6) или же на экран одного монитора, разделенного на несколько полей.

Рабочее место должно способствовать максимально быстрому принятию решения в сложных ситуациях, связанных с наблюдаемой панорамой, а слежение за многими экранами не обеспечивает достаточно быстрого анализа сюжетов. Кроме того, при таком решении сложно вести одновременное наблюдение при помощи визуального и оптоэлектронных каналов.

Для того чтобы наблюдать экран монитора в поле зрения визуального канала, монитор устанавливается в окулярной части перископа, а для передачи изображения с экрана в окуляры используется проекционная оптическая система.

Рисунок 6 - Многоэкранный пульт рабочего места оператора

Деятельность оператора при различных способах предъявления визуальной информации

Основным объектом исследования является окулярная часть многофункционального перископного комплекса современных ПЛ.

Рассмотрена схема макета бинокулярного узла совмещения визуального канала и канала наблюдения сопутствующей информации (рисунки 6 и 7)

Оптическая схема данного узла, в который входят визуальный канал и канал наблюдения сопутствующей информации, представлена на рисунке 8

Входной объектив 1 создает изображение наблюдаемого внешнего объекта в фокальной плоскости оборачивающей системы 2, 4, которая переносит это изображение в фокальную плоскость окуляров 6. Для создания псевдобинокуляра призма-куб 3 выводится из хода лучей.

Канал наблюдения сопутствующей информации состоит из объективов 7, 4, которые проецируют плоскость экрана монитора в фокальную плоскость окуляров 6.

Рисунок 8 - Оптическая схема макета бинокулярного узла совмещения визуального канала и канала наблюдения сопутствующей информации с экрана монитора 1, 2, 4, 7 - объективы, 3 - призма, 5 - зеркало, 6 - окуляр.

Определение вероятности обнаружения

Для определения вероятности обнаружения при монокулярном и бинокулярном наблюдении используется канал наблюдения сопутствующей информации

Оператору предъявляется на короткое время тест-объекты, выводимые на экран монитора. В качестве тест-объектов используется например буквы русского алфавита.

В изученных работах тест-объекты предъявляются наблюдателям, далее производилось определение усредненных значений правильного опознавания букв при наблюдениях в следующих условиях: при изменении уровня яркости экрана монитора (от 1 до 120) и постоянном контрасте между объектом и фоном (К=100 %); при изменении контраста между объектом и фоном (от 100 до 10%) и постоянной яркости экрана монитора (L=120 ); при изменении яркости экрана и контраста между объектом и фоном.

Яркость экрана монитора и контраст между объектом и фоном определялись при помощи фотометра.

Для определения вероятности обнаружения при псевдобинокулярном способе предъявления информации объектив визуального канала открывался, призма 3 выводилась из хода лучей.

При этом оператор одновременно наблюдал в один окуляр изображение визуального канала, во второй окуляр - экран монитора. Полученные результаты представлены в таблицах 1 и 2, а также на рисунках 9 и 10.

окуляр зрительный перископный

Рисунок 9 - Зависимость вероятности обнаружения от контраста между объектом и фоном

Рисунок 10 - Зависимость вероятности обнаружения от яркости экрана

Изучен макет бинокулярного узла совмещения визуального канала и канала наблюдения сопутствующей информации.

В изученных исследованиях, с точки зрения правильного опознавания объектов, установлено, что при низком уровне освещенности, а также при малом контрасте между объектом и фоном наблюдение через бинокуляр имеет несравненное преимущество.

Установлено, что, с точки зрения пространственной разрешающей способности, наблюдение при помощи бинокуляра, даже с учетом уменьшения потока излучения, равнозначно монокулярному наблюдению.

Но с точки зрения вероятности обнаружения и распознавания объектов, особенно при низкой яркости объектов наблюдения и малом контрасте между объектом и фоном, бинокулярное наблюдение обладает преимуществами

Размещено на Allbest.ru