Głowice optoelektroniczne z etroniki

Przemysł obronny
Głowice optoelektroniczne
z Etroniki
Andrzej Kiński I
 Pasywna głowica obserwacyjno-celownicza zmodernizowanego
samobieżnego zestawu przeciwlotniczego ZSU-23-4MP Biała.
Znana naszym Czytelnikom z kilku publikacji na łamach NTW (12/2008,
5/2009 i 9/2009) spółka Etronika z Sulejówka od kilku lat zajmuje się projektowaniem i produkcją urządzeń optycznych i optoelektronicznych, w tym
przeznaczonych dla wojska oraz innych służb mundurowych. Poza modernizacją urządzeń noktowizyjnych, produkcją dalmierzy laserowych, kamer
i celowników termowizyjnych, od kilku lat Etronika oferuje także urządzenia
integrujące kilka różnych czujników – głowice optoelektroniczne.
P
Na początku była Biała
oważniejsze prace nad głowicami optoelektronicznymi zainicjowano w Etronice
w 2004 roku. W tym okresie w Ośrodku
Badawczo-Rozwojowym Sprzętu Mechanicznego
w Tarnowie prowadzone były intensywne prace
nad modernizacją samobieżnego zestawu przeciwlotniczego ZSU-23-4 do standardu ZSU-23-4MP
Biała. Jednym z postawionych założeń modernizacji było zastąpienie stacji radiolokacyjnej RPK-2 Toboł pasywną głowicą obserwacyjno-celowniczą,
integrującą kamerę TV, kamerę termowizyjną oraz
bezpieczny dla wzroku dalmierz laserowy. W prototypie zestawu użyto importowane sensory optoelektroniczne, ale ich wykorzystanie w seryjnych
pojazdach nie wchodziło w rachubę ze względu na
wysoką cenę, blokującą możliwość „zmieszczenia”
się w budżecie programu. Alternatywę dla nich
znaleziono w kraju – Etronika podjęła się dostarczenia głowicy. W ramach zadania konieczne stało
się opracowanie sensorów optoelektronicznych
(bezpieczny dalmierz laserowy, zmiennoogniskowy celownik telewizyjny i celownik termowizyjny),
które spełniałyby postawione założenia taktyczno-techniczne i których koszt jednocześnie byłby
 B lok przyrządów optoelektronicznych montowanych
w głowicy Białej (od lewej): dalmierz laserowy AR-140,
celownik telewizyjny KD-30-2 i kamera termowizyjna CTE-1.
akceptowalny przez odbiorcę. Najprostsza sprawa,
jak zgodnie relacjonują konstruktorzy z Etroniki,
była z celownikiem telewizyjnym KD-30-2. Układ
optyczny z 10-krotnym zoomem został dość szybko zaprojektowany wraz z mechaniką, w której
jednym z newralgicznych punktów było zapewnienie bieżącej kontroli położenia osi celowej,
w funkcji powiększenia w trakcie pracy sprzętu
w systemie. Mechanika i elektronika powstała
w Etronice, wykonanie soczewek zlecono Polskim
Zakładom Optycznym (w tym czasie Etronika nie
dysponowała jeszcze warsztatem optycznym).
Więcej kłopotu sprawił dalmierz laserowy AR-140.
Pracowano nad konstrukcją głowicy laserowej
emitującej „bezpieczne” promieniowanie 1,5 μm
w oparciu o pręt laserowy pozyskany zarówno
w kraju (ITME), jak i za granicą (KIGRE). Harmonogram projektu zmuszał do badania równolegle
kilku modeli głowic oraz poszukiwania ewentualnego dostawcy gotowej głowicy o akceptowalnej
cenie. Zakup 10-hercowej głowicy MK-88 pozwolił
na szybkie dokończenie dalmierza w wymaganym
(dość krótkim, jak na zakres pracy) terminie.
Największe problemy związane były jednak z projektowaniem kamery termowizyjnej
CTE-1. W tym czasie cena chłodzonego detektora
termalnego przekraczała cały budżet przewidziany na wszystkie sensory, dlatego trzeba było się
oprzeć na niechłodzonej matrycy bolometrycznej.
Dość stresująca była świadomość, że chociaż kamera będzie spełniać wymagane założenia dotyczące zasięgów i związanych z nimi rozdzielczości
geometrycznej i termicznej, to będzie ciągle porównywana z kamerą z chłodzonym detektorem.
A ona zawsze jest lepsza, nie tylko z powodu
kilkukrotnie wyższej czułości termicznej detektora, ale także większej głębi ostrości wynikającej
z możliwości zastosowania ciemniejszej optyki.
Ale za to trzeba dobrze zapłacić. Natomiast, gdy
zestawi się jakość obrazu termowizorów Etroniki
z innymi termowizorami firm światowych, ale wykonanymi w tej samej technologii, to wyniki są
porównywalne.
Kamerę wykonano w oparciu o matrycę
288x384 piksele i optykę germanową. Obecnie
urządzenia, przy podobnej cenie, dostarczane są
z matrycą 640x480 pikseli, co wynika ze skokowego
postępu w technologii produkcji matryc bolome-
przemysł obronny
lecz zawierający już celownik termalny i dwie przełączane kamery telewizyjne: z szerokim i wąskim
polem widzenia.
Następnym etapem było połączenie w jednej
obudowie dalmierza laserowego DL-140-N i celownika termalno-telewizyjnego KTD-15-30-1 w zintegrowaną głowicę optoelektroniczną ZIG-T-1 (ZIG,
zintegrowana głowica), a wymiana dalmierza diodowego na dalmierz AR-140 z Białej zaowocowała
z kolei powstaniem głowicy ZIG-T-2. Obie aktualnie
znajdują się w ofercie producenta.
ZIG-T-1
 Kamera CTE-1 w najnowszej odmianie z matrycą
640x480 pikseli.
trycznych, do którego Etronika stara się w sposób
elastyczny dostosować.
Warte jest podkreślenia, że konstrukcje, zarówno w części optycznej, jak i mechanicznej oraz elektronicznej powstały w Etronice i tu były wykonywane, a niezbędna kooperacja prowadzona była na
bazie przemysłu krajowego. Natomiast bez importu
praktycznie nie istnieje zaopatrzenie w podzespoły,
zwłaszcza elektroniczne i optoelektroniczne.
 Zdalnie sterowane stanowisko Kobuz w czasie prób
na Rosomaku. Z lewej widoczny dalmierz laserowy
DL-60, po prawej celownik noktowizyjny.
W międzyczasie, w sierpniu 2005 roku, przeprowadzony został konkurs na zdalnie sterowane
stanowisko strzeleckie dla KTO Rosomak. Wśród
pięciu rywalizujących firm był także OBR SM z Kobuzem, do którego automatykę wykonał gdański
Arex, a Etronika dostarczyła dalmierz laserowy i celownik noktowizyjny. Potem zarzucono koncepcję
Głowica optoelektroniczna ZIG–T–1 integruje: dwie
kamery światła dziennego (wąsko- i szerokokątną), kamerę termowizyjną oraz dalmierz laserowy.
Urządzenie ma złącza komunikacyjne oddzielne dla
modułu dalmierza oraz kamer. Służą one do zasilania, transmisji sygnałów sterujących RS-422 oraz
przekazywania sygnału wideo z kamer do systemu
sterującego.
Kamera termowizyjna głowicy zbudowana jest
w oparciu o niechłodzoną matrycę bolometryczną
o rozdzielczości 384x288 oraz atermizowany obiek-
Prace przy Kobuzie
Także w 2004 r. w tarnowskim OBR SM rozpoczęto prace nad rodziną zdalnie sterowanych modułów uzbrojenia Kobuz, wyposażonych w optoelektroniczny blok obserwacyjno-celowniczy.
W stosunku do Białej wymagane dla niego zasięgi
obserwacji i pomiaru odległości były oczywiście
niższe. Nawet zastanawiano się, czy jest sens wyposażać każdą wieżyczkę uzbrojoną w karabin
7,62 mm w dalmierz laserowy. Niemałe znaczenie
w rozważaniach tych miały względy ekonomiczne.
Wykonanie dalmierza laserowego oraz celownika
dzienno-nocnego OBR SM powierzył Etronice –
powstały – dwa zespoły optoelektroniczne (w odrębnych obudowach): dalmierz laserowy diodowy
DL-140-N oraz dzienno-noktowizyjny celownik
KDN-30-1 ze wspólnym dla gałęzi dziennej i nocnej transfokatorem (celownik miał płynną zmianę
powiększenia). Oba zespoły udało się zaoferować
w atrakcyjnej cenie, rokującej nadzieję na uzyskanie zamówień.
 Kolejny zestaw przyrządów obserwacyjn-celow Blok optoelektroniczny dla Kobuza z dalmierzem
laserowym DL-140-N (górny) i dzienno-noktowizyjnym
celownikiem KDN-30-1.
uzbrajania Rosomaków w wieżyczki typu Kobuz,
ale Etronika z badań na poligonie w Wędrzynie wyciągnęła wniosek: tak naprawdę nikt nie chce już
noktowizora, kiedy może mieć termowizor. Przygotowała więc, jako ofertę producenta, nowy celownik dzienno-nocny KTD-15-30-1, o takiej samej
obudowie zewnętrznej, jak poprzedni KDN-30-1,
 Kolejny zestaw przyrządów obserwacyjn-celowniczych do Kobuza obejmował dalmierz
laserowy DL-140-N i termowizyjno-telewizyjny
celownik dzienno-nocny KTD-15-30-1.
9/2010
 Głowica ZIG-T-2 integruje dalmierz laserowy, kamery
telewizyjne i kamerę termowizyjną.
niczych do Kobuza obejmował dalmierz laserowy
DL-140-N i termowizyjno-telewizyjny celownik
dzienno-nocny KTD-15-30-1.
tyw o kącie widzenia 12˚ (w płaszczyźnie horyzontalnej). Kamera termowizyjna pracuje w paśmie
8–12 μm, z czułością NEDT <100 mK.
Kamery telewizyjne wykonane są w systemie
PAL w oparciu o matryce CCD w standardzie 1/3 cala.
Kamery mają obiektywy stałoogniskowe o następujących kątach pola widzenia (w płaszczyźnie horyzontalnej): szerokokątna – 23°, wąskokątna – 4°.
Interfejs komunikacyjny RS-422 zapewnia możliwość wyboru źródła sygnału wideo, umożliwia
sterowanie parametrami obrazu oraz systemem
ogrzewania okien wejściowych.
Dalmierz laserowy został wykonany w oparciu o podszumowy system pomiaru odległości.
Źródłem sygnału dla dalmierza jest dioda laserowa pracująca impulsowo na długości fali 905 nm.
Zakładany zasięg pomiaru odległości, wynikający
z przeznaczenia głowicy, wynosi dla celu typu wóz
bojowy – 2500 m, w przypadku sylwetki żołnierza
1000 m, a maksymalny zasięg pomiarowy dalmierza ustawiono na 4 km. Masa głowicy wynosi 6 kg.
Przemysł obronny
Kumak
N
a tegorocznych MSPO w Kielcach odbędzie się
premiera nowego produktu Etroniki – kamery
obserwacyjnej KTD-60 Kumak.
 Głowica zespołu obserwacyjnego KTD-60 Kumak
mieszcząca kamery telewizyjną i termowizyjną.
Jest to zespół integrujący w jednym urządzeniu kamerę telewizyjną i termowizyjną i jest przeznaczony do zobrazowania wybranego sektora
przestrzeni w warunkach dziennych, nocnych
oraz w przypadku wystąpienia zamglenia lub
zadymienia. Może być montowany na pojazdach
bojowych (czołgach, KTO) jak i stałych obiektach
wymagających monitorowania.
Telewizyjna kamera światła dziennego w Kumaku pracuje w systemie PAL, w oparciu o matrycę
CCD w standardzie 1/3 cala firmy Siemens. Jest to
jednocześnie kamera światła szczątkowego, przy
niskim poziomie oświetlenia przechodząca automatycznie w tryb pracy nocnej z obrazem czarnobiałym. Kamera wyposażona została w obiektyw
ZIG-T-2
W przypadku głowicy ZIG-T-2 zastosowano podobne, jak opisane powyżej, kamery telewizyjne
– różnice w stosunku ZIG-T-2 dotyczą ich kątów widzenia. W przypadku kamery szerokokątnej wynosi
on 30°, a wąskokątnej – 4°. Inne są za to kamera termowizyjna i dalmierz laserowy. Kamera termowizyjna tej głowicy zbudowana jest w oparciu o niechłodzoną matrycę bolometryczną o rozdzielczości
640x480 oraz atermizowany obiektyw o kącie pola
widzenia 15° (w płaszczyźnie horyzontalnej). Kamera termowizyjna pracuje w paśmie 8–12 μm, z czułością NEDT <100 mK.
Dalmierz laserowy głowicy ZIG-T-2 pracuje
w 1 klasie bezpieczeństwa, określany jest jako
„bezpieczny dla oka”. Źródłem sygnału jest laser
na ciele stałym pracujący na długości fali 1,54 μm.
Zastosowane układy odbiorcze oraz obróbki sygnału umożliwiają pomiar odległości w zakresie od
50 do 10 000 m. Masa głowicy wynosi 13 kg.
o 60-stopniowym polu widzenia. Kamerę termowizyjną wykonano w oparciu o niechłodzoną
matrycę bolometryczną o rozdzielczości 640x480
pikseli w technologii 25 mikrometrów. Szerokokątny obiektyw (również o kącie pola widzenia 60°)
termowizora również zaprojektowano i wykonano w Etronice. Urządzenie zasilane jest napięciem
stałym w zakresie od 16 do 32 VDC lub poprzez
sieć Ethernet PoE w standardzie IEEE 802.3at. Do
komunikacji i sterowania kamerami służy interfejs
sterujący RS-485.
Zastosowany w urządzeniu kontroler, oprócz
komunikacji z systemem nadrzędnym, zajmuje się
też sterowaniem parametrami obrazu kamer termalnej i telewizyjnej, oraz zawiaduje zainstalowanym systemem ogrzewania okien wejściowych.
Urządzenie ma analogowe oraz cyfrowe
wyjścia wideo oddzielne dla każdej z kamer. Wyj-
 Kamery – telewizyjna
(po lewej) i termowizyjna
(po prawej) montowane
w głowicy Kumaka.
do działań w środowisku morskim. Ma możliwość
obrotu z różnymi prędkościami w pełnym zakresie
w płaszczyźnie poziomej oraz pochylania o ±20°
w płaszczyźnie pionowej. Sterowanie ruchem
odbywa się poprzez pulpit operatora lub zdalnie,
Sargas
Na tegorocznych targach Balt Military Expo, Etronika zaprezentowała głowicę optoelektroniczną
Sargas, integrującą w jednym urządzeniu kamerę
telewizyjną o wysokiej rozdzielczości i kamerę termowizyjną. Została ona specjalnie dostosowana
ścia analogowe działają w standardzie PAL. Cyfrowa transmisja wideo odbywa się za pomocą
wideoserwerów transmitujących obrazy z kamer
poprzez łącze ethernetowe w standardzie kompresji H.264 (MPEG–4 Part 10/AVC) oraz MJPEG.
W urządzeniu zainstalowano dwa wideoserwery,
oddzielnie dla każdej z kamer. Każdy z serwerów
jest niezależnie konfigurowalny i umożliwia wysyłanie strumienia wideo jednocześnie do kilku
użytkowników z zachowaniem maksymalnej
prędkości 25 fps oraz rozdzielczości 720x576
pikseli.
Urządzenie zamknięte jest w hermetycznej
obudowie i, oprócz złącza komunikacyjnego,
dysponuje szczelnym gniazdem, umożliwiającym wprowadzanie modyfikacji programu sterującego kamerą bez konieczności rozhermetyzowania sprzętu.
 Przystosowana do pracy w środowisku morskim
głowica optoelektroniczna Sargas.
za pomocą dedykowanego programu. Kamera
termowizyjna zastosowana w głowicy jest wyposażona w matrycę 640x480, a dzięki obiektywowi
o kącie pola widzenia 15° umożliwia obserwację
celów położonych w znacznej odległości. Kamera telewizyjna ma matrycę CMOS 2320x1728 oraz
obiektyw z 10-krotnym zoomem optycznym.
Obraz z obu kamer przekazywany może być
analogowo w systemie PAL, cyfrowo w standardzie MJPEG/H.264 oraz jako cyfrowy strumień
wideo (z kompresją lub bez kompresji) poprzez
gigabitową sieć Ethernet. Dodatkowo kamera telewizyjna ma możliwość przekazywania obrazu
w standardzie HDMI. Połączenie kamery termowizyjnej oraz kamery telewizyjnej o wysokiej rozdzielczości, z możliwością zmiany powiększenia
w szerokim zakresie, daje możliwość zastosowania Sargasa w systemach celowniczych i monitoringu. Urządzenie umożliwia wstępne wykrycie
celu przez kamerę termowizyjną, a następnie
możliwość powiększenia interesującego wycinka
obszaru i obserwację w wysokiej rozdzielczości
za pomocą kamery telewizyjnej. Głowica może
znaleźć zastosowanie w zdalnym monitorowaniu
rozległych terenów. 
Fotografie w artykule: Etronika, Andrzej Kiński.