Разработка теории создания мобильных многоканальных оптико-тепловизионных систем круглосуточного, всепогодного наблюдения и контроля с повышенной дальностью обнаружения для обеспечения безопасности подвижного состава и других объектов железнодорожного транспорта

В основе разработанной теории создания мобильных многоканальных оптико-электронных систем (ОЭС) лежат задачи, выполнение которых должно быть обеспечено этими системами:передача изображения наблюдаемого объекта как при нормальных внешних условиях, так и при неблагоприятных условиях (пониженная освещенность, сложные метеорологические условия - дымка, туман, дождь, снегопад и пр.) и при низких температурных контрастах, высокая дальность обнаружения, передаваемое изображение высокого качества, низкие массогабаритные показатели, низкая цена. Изучены основные составляющие ОЭC: оптические материалы, приемники излучения, конструкционные материалы. Проведенные исследования привели к научному обоснованию по выбору: оптических материалов в качестве ОЭ объектива с широкой полосой пропускания для обеспечения работы ОЭС сразу в нескольких диапазонах спектра электромагнитных излучений и уменьшения за счет этого влияния внешней среды на работу приборов. Таким материалом явился селенид цинка (ZnSe) - материал, прозрачный в диапазоне 0,5 - 20 мкм, обладающий приемлемыми механическими свойствами и стойкостью к воздействию эксплуатационных факторов; электронных компонентов, основным из которых является приемник излучения, который во многом определяет возможности и критерии качества работы ОЭС. Были исследованы параметры и характеристики различных приемников излучения, исходя из условий обеспечения необходимой чувствительности и требуемой помехозащищенности всего прибора. При этом учитывалось, что важнейшей задачей является согласование параметров приемника с параметрами наблюдаемого объекта и среды распространения излучения. Были изучены микроболометрические матрицы, являющиеся на сегодняшний день основой неохлаждаемых приемников излучения. Сравнивали матрицы на основе аморфного кремний (a-Si) и на основе различных модификаций ванадий-оксидных (VOx) и других материалов. При сравнении была выбрана матрица форматом 640х480 с размером пикселей 25 или 17 мкм. Может быть применена более чувствительная матрица большего формата 1024 х 768 с размером пикселей 17 мкм; конструкционных материалов, позволяющих создать прочную конструкцию с размещением и компоновкой внутри корпуса основных составляющих ОЭС. Сравнение и исследование свойств различных материалов (стали, пластика, углеродных материалов и пр.) для изготовления на их основе корпусов, кожухов различных приборов привели к выбору дюралюминия Д16Т из-за повышенных требований к корпусу ОЭС по надежности и прочности, стойкости к воздействию внешней среды; вспомогательных герметизирующих материалов, которые являются основными при креплении ОЭ, объектива и других узлов в корпусе прибора. Для этого были исследованы: различные составы герметиков на основе кремнийорганических, полиуретановых, тиоколовых композиций, эпоксидных смол, а также составы адгезионных слоев, совместимость физических параметров материалов, способы герметизации, обеспечивающие надежность соединений и их долг и других факторов. В результате был выбран герметик УТ-34, ТУ 38-10557. Анализ, расчеты, выбор конструкции такого ОЭС, а также разработка требований к ПО по обработке видеосигналов были проведены на II этапе данного проекта. Сделан вывод о возможности создания конструкции, в которой за одним входным окном располагаются два канала (видимый и тепловизионный) с выводом на единый дисплей интегрированного изображения, основанного на тепловом и оптическом контрастах, что позволит обеспечить достижение основных требований к разрабатываемому ОЭС по повышенной дальности, компактности, снижению массогабаритных параметров, качеству изображения, снижению стоимости. Разработаны технические требования к программному обеспечению по обработке видеосигналов для обеспечения большей устойчивости сигналов к помеховым воздействиям с целью создания лучшего качества передачи и воспроизведения изображения, а также расширения функциональных возможностей ОЭС.