Aktuell status och utvecklingstrender för utländsk individuell soldats värmeavbildningsutrustning

Under moderna krigföringsförhållanden har den tekniska förbättringen av individuell utrustning blivit ett oundvikligt val för att möta individuella soldaters operativa krav i hög-krigföring. Som soldatens "ögon" måste den ha universella visuella möjligheter under förhållanden som dag, natt och låg sikt, vilket har gjort värmekamera till den föredragna högteknologiska utrustningen för enskilda soldater.

Användningen av individuell värmebildsutrustning för soldater involverar relativt enkla plattformar, och de komponenter som krävs kan köpas från den internationella marknaden. Utvecklingströskeln är relativt låg, vilket gör att många länder kan forska och producera sådan utrustning. Länder som självständigt kan utveckla och producera kärnkomponenter för sådan utrustning inkluderar: USA, Storbritannien, Frankrike, Tyskland, Israel, Ryssland, Japan, Kanada, Sverige, Schweiz, Nederländerna, Spanien, Turkiet, Polen, Bulgarien, Singapore, Sydkorea och andra.

För närvarande har infanteristrider utvecklats från traditionella modeller, såsom samarbete mellan infanteriförband och enskilda soldater, enkel koordinering mellan infanteri och artilleri, infanteri och stridsvagnar, och luft-markoperationer, såväl som oberoende operationer av enskilda soldater, till gemensamma operationer som involverar olika grenar och tjänster, inklusive flygvapnet, arméflyget, arméns flygvapen, armé och militär. Infanteriet har också förvandlats från en direkt eldkraftsstridsenhet till en enhet som ansvarar för informationsinhämtning och eldkraftsverksamhet. För detta ändamål utvecklar och utrustar länder som USA och Europa enskilda soldater med värmebildsutrustning som erbjuder fler funktioner och avancerade möjligheter. Förutom att förbättra soldaternas dag--- och-stridskapacitet, integreras dessa system med individuella soldatinformationssystem och taktiska internetnätverk för att möjliggöra gemensamma operationer med andra grenar, tjänster och vänliga styrkor. För att möta kraven för gemensamma operationer har individuell värmebildsutrustning för soldater utvecklats från att bara tillhandahålla observations-, söknings- och målfunktioner till att bli heltäckande optoelektroniska system som integrerar funktioner som synligt ljus,-svagt ljus, lasergrupp/fusion, avståndsavstånd, beräkning, trådlös överföring och beräkningar av eldledning. På applikationsnivå utvecklas individuell värmebildsutrustning till mikro/små multifunktionella värmekamera och optoelektroniska eldledningssystem integrerade med lätta vapen. På systemnivå införlivas gradvis individuell värmebildsutrustning i stridssystemen "Future Soldier" som aktivt utvecklas av olika länder.

1.Rollen för infraröd/termisk bildteknik

På det militära området tjänar infraröd/termisk avbildningsteknik i första hand följande tre funktioner:

1)Den möjliggör bildobservation, spaning, övervakning, vägledning och andra operationer under natten och under förhållanden med låg-sikt. Den erbjuder långa effektiva räckvidder och kan penetrera lätt dimma och rök, vilket ger möjlighet att uppnå "envägstransparens" genom att få en informationsfördel i totalt mörker eller förhållanden med dålig sikt.

Figur 1: Fördelen med "envägstransparens" som erbjuds av infraröda/termiska bildenheter i stridsoperationer under totalt mörker

Som visas i figur 1 ger infraröda/termiska bildenheter en fördel med "envägstransparens" i stridsoperationer under totalt mörker. I becksvart nattetid kan synligt ljus (Synligt) inte producera en bild av scenen (vänster). Men samtidigt och på samma plats kan tydliga värmebilder (Thermal) erhållas i det långvågiga infraröda spektrumet, vilket möjliggör identifiering av personal, fordon, vägar och skogar.

Figur 2: Förmågan hos infraröda/termiska bildanordningar att penetrera dis

Såsom visas i figur 2 har infraröda/termiska bildanordningar förmågan att penetrera dis. Under disiga förhållanden är byggnaderna framför och bakom tornet som ligger 4,9 km bort (Tornet 4,9 km) svagt synliga på bilden med synligt ljus (vänster). Men i mitten-infraröd bild (höger) som fångats av en 640 × 480 indiumantimonid (InSb) värmekamera vid samma tid och plats, är dessa byggnader tydligt urskiljbara.

Figur 3: Förmågan hos infraröda/termiska bildanordningar att penetrera tät rök

Såsom visas i figur 3 har infraröda/termiska bildanordningar förmågan att penetrera tät rök. I den synliga ljusbilden av ett rum med tät rök som väller ut genom dörren (vänster) syns bara den tjocka röken och diset som sprider sig utanför huset. Men i den långvågiga infraröda bilden (höger) som tagits vid samma tid och plats, blir den person som står inne i rummet och som skymds av röken i bilden med synligt ljus, liksom detaljerna på husets vänstra sida, tydligt synliga. Detta visar att lång-infraröd strålning kan penetrera rök, vilket gör att scenerna som blockeras av den verkar "transparenta".

2)Den tar passivt emot infraröda strålningssignaler som genereras av temperaturskillnader, emissivitetsskillnader eller reflektansskillnader för scener (inklusive mål och bakgrunder) över olika infraröda band eller våglängder. Denna förmåga möjliggör identifiering av kamouflerade mål, uppfattning om målstatus och detektering av smygmål. Med sin starka döljande och låga känslighet för störningar, underlättar den uppnåendet av taktisk överraskning.

Figur 4: Förmågan hos infraröd/termisk avbildningsteknik för att identifiera kamouflerade mål

Som visas i figur 4 har infraröd/termisk avbildningsteknik förmågan att identifiera kamouflerade mål. Principen för låg-avbildning bygger på reflektion av synligt ljus från ytorna på scener och objekt för bildbildning. När ytreflektionerna av scenen och objekten är lika, blir identifieringen svår (vänster). Däremot är principen för värmeavbildning baserad på den infraröda strålningen som sänds ut av scener och objekt själva. Så länge det finns skillnader i temperatur eller ytemissivitet mellan scenen och objekten blir det möjligt att detektera och identifiera. I den långvågiga infraröda bilden av samma tid och scen kan en person som står i skogen och bär kamouflage tydligt identifieras (höger), eftersom kamouflagekläderna inte kan replikera temperaturen och ytemissiviteten i den omgivande miljön.

Figur 5: Förmågan hos infraröd/termisk bildteknik för att uppfatta målstatus

Som visas i figur 5 har infraröd/termisk avbildningsteknik förmågan att uppfatta målstatus. På den synliga ljusbilden syns en pickup (till vänster). I den långvågiga infraröda bilden som tagits vid samma tid och plats (höger) är inte bara pickupen synlig, utan det är också uppenbart att dess motor är väldigt varm medan bakhjulen visar minimal värme. Detta indikerar att lastbilen är parkerad men motorn har gått på tomgång, och parkeringstiden är ungefär den tid det tar för bakhjulsytorna att nå termisk jämvikt med marken.

Figur 6: Lång-infraröd bild av en lagringstanksfarm

Som visas i figur 6 är detta en långvågig-infraröd bild av en lagringstanksgård. Värmen från oljan värmer tanktaken, vilket gör att takens gråskala reflekterar tankarnas fyllnadsnivåer. Förrådstankar med vitt tak innehåller en större mängd olja, medan de med svarta tak innehåller mindre olja eller till och med är tomma.

3) Det erbjuder fördelar som hög precision, kompakt storlek, lätt design och låg strömförbrukning, vilket gör det enkelt att integrera i olika vapensystem och plattformar.

2. Scenarier för individuella soldatstridsoperationer

I modern lokal krigföring inkluderar typiska operationsscenarier för individuell soldatvärmebildsutrustning observation och spaning, målbeteckning och laserguidning, siktning av handeldvapen, prickskyttoperationer från för-etablerade fasta positioner, exakt ingrepp av mål bakom hinder eller inom döda vinklar med hjälp av handeldvapen och integrering i "Future Soldier-system".

2.1 Slagfältsobservation och spaning

Enskilda soldater använder bärbara värmekamera för observation och spaning under nattetid och förhållanden med låg-sikt, och de kan också användas för att upptäcka kamouflerade mål. Faktum är att värmekameran är lika effektiva under dagtid. När en bärbar värmekamera är relativt tung kan den monteras på ett stativ för stabil användning (som visas i figur 7).

Figur 7: "Sych-4" handhållen laseravståndsmätare-värmekamera utrustad av den ryska armén

Som visas i figur 7 har den "Sych-4" handhållna laseravståndsmätaren-värmekameran utrustad av den ryska armén en design som gör att den kan monteras på ett stativ, vilket är karakteristiskt för bärbara system.

2.2 Målbeteckning och vägledning för strejker

Utöver observation och spaning kan handhållna värmekamera (Figur 8) också integreras med komponenter som vinkelmätare, satellitpositioneringssystem, laseravståndsmätare och lasermålbeteckningar (Figur 9). Den här kombinationen möjliggör bestämning av målets vinkelkoordinater och avstånd, vilket möjliggör styrning av semi-aktiv laserprecisions-guidad ammunition för att exakt angripa mål med högt-värde.

 Figur 8 En soldat kan stabilt använda en handhållen värmekamera för observation och spaning genom att hålla den med båda händerna. Bilden visar den franska "Sophie" handhållna värmekameran.

Figur 9 "Sophie" handhållen värmekamera

Som visas i figur 9 kan "Sophie" handhållna värmekamera (höger) integreras med enheter som ett vinkelmätinstrument, satellitpositioneringssystem, laseravståndsmätare och lasermålbeteckning. Den här kombinationen gör det möjligt för soldater vid frontlinjerna att utföra spaning, bestämma målpositioner och vägleda semi-aktiv laserprecision-guidad ammunition för att träffa högt-värde "punktmål".

2.3 Specialoperationer och nattstrid

Hjälmmonterade-värmekamera tar inte bara upp soldaters behov av observation och spaning under nattetid (såväl som dagtid) och förhållanden med låg-sikt utan frigör också händerna för att använda vapen och utrustning, som att sikta och avfyra handeldvapen eller köra fordon. För att förbättra soldaternas skjutnoggrannhet kan en laserindikator som avger nära-infrarött laserljus (t.ex. med en våglängd på 808 nm) monteras på skjutvapnet. Samtidigt integrerar den-hjälmmonterade värmekameran en mörkerseendemodul med-lågt ljus (Figur 10). Detta gör det möjligt för soldater att se den nära-infraröda fläcken som projiceras av skjutvapnets laserindikator på målet genom mörkerseendemodulens bild för-lågt ljus, vilket effektivt riktar sig mot målet och gör det möjligt för dem att skjuta. Denna inriktningsmetod kallas indirekt inriktning.

Figur 10 US Monocular AN/PVS-20 Enhanced Helmet-Mounted Night Vision Device

Som visas i figur 10 är detta den amerikanska monokulära AN/PVS-20 förbättrade hjälmen-monterade mörkerseende. Den integrerar två moduler i ett enda hölje: en mörkerseendemodul med-lågt ljus (överst) och en okyld långvågig infraröd värmekamera (nederst). När den inte används kan hela enheten fällas uppåt. Den här designen tillgodoser behovet av att frigöra soldatens händer och möjliggör observation under nattetid och förhållanden med låg{12}}sikt. Soldatens vapen är utrustat med en integrerad laserindikator, som i kombination med mörkerseendemodulen för svagt ljus underlättar indirekt siktning och precisionsskytte.

2.4 Sikta och skjuta med handeldvapen

Det finns två huvudfaktorer som bidrar till den förbättrade noggrannheten hos handeldvapen med optiska sikten:

Förbättrad synlighet-Objektivlinsen på ett optiskt sikte har en bländare som är ungefär en storleksordning större än det mänskliga ögat, vilket gör att den samlar mer fotonenergi och producerar en ljusare bild.

Förbättrad tydlighet och avståndsmätning-Optiska sikten ger förstoring (vanligtvis runt 8×) och är utrustade med mil-punktkors för att mäta avståndet till målet, vilket möjliggör korrigeringar baserade på ballistiska tabeller.

Termiska kikarsikten (figurerna 11 och 12), förutom att erbjuda funktionaliteten hos optiska sikten, hanterar utmaningarna med observation, siktning och precisionsskytte under nattetid (såväl som dagtid) och förhållanden med låg-sikt.

Figur 11 En MP7 kulsprutepistol utrustad endast med ett termiskt sikte, vilket gör att soldaten kan utföra precisionsskjutning mot mål både dag och natt.

Figur 12 Ett termiskt sikte som används i kombination med ett optiskt sikte, vilket gör det möjligt för soldaten att utföra precisionsskytte mot mål både dag och natt.

Under nattetid eller förhållanden med låg-sikt (som rök, damm, dimma, dis, etc.) kan det mänskliga ögat inte se mål, vilket gör det omöjligt för enskilda soldater att använda de optiska siktena monterade på handeldvapen för att söka, sikta och skjuta. Därför, om förmågan att observera och söka efter mål under både dag och natt, såväl som under förhållanden med låg-sikt, är tillgänglig, kan stridseffektiviteten för enskilda soldater förbättras.

De handeldvapen utrustade av enskilda soldater inkluderar automatgevär, kulsprutepistoler, lätta maskingevär, prickskyttegevär (Figur 13), raketgevär, rekylfria gevär (Figur 14, 15), bärbara anti-tankmissilsystem (Figur 16) och anti-missilsystem för flygplan (Figur 17). Eftersom de operativa målen och ingreppsräckvidden för dessa olika handeldvapen varierar, har termiska sikten för lätta, medelstora och tunga vapen utvecklats för att vara kompatibla med dem.

Figur 13 Ett stridslag med tre-personer från den franska armén

Som visas i figur 13 föreställer den här bilden ett stridslag på tre-personer från den franska armén. En soldat är utrustad med ett prickskyttegevär i kaliber FR-F2 7.62 mm utrustat med ett "Sword"-observation-kikarsikte för prickskyttegevär, som kan ge exakt punktdödlighet mot mål inom 800 meter. En annan soldat är beväpnad med en "Minimi" lätt maskingevär utrustad med ett termiskt sikte, vilket ger områdesdämpning mot mål inom 1 000 meter. Den tredje soldaten bär på ett "FAMAS" automatgevär, med uppgift att ge skydd åt krypskytten och maskinskytten.

Figur 14 "Carl Gustav" rekylfria gevär

Som visas i figur 14 visar den vänstra bilden M3-varianten av det rekylfria geväret "Carl Gustav" utrustat med det franska "Sword" dag--- och-termisk sikte. Den här konfigurationen möjliggör inriktning och skjutning under både dag- och nattförhållanden, såväl som i miljöer med låg-sikt.

Figur 15 M3 "Carl Gustav" rekylfria gevär utrustad med optiskt sikte.

Figur 16 FGM-148 "Javelin" bärbart anti-tank missilvapensystem

Som visas i figur 16 använder eldledningssystemet (Command Launch Unit) i FGM-148 "Javelin" bärbara anti-tankmissilvapensystem ett lång-infrarött termiskt sikte med avsökningsteknik. Detta möjliggör målinsamling under både dag- och nattförhållanden, såväl som i miljöer med låg sikt, vilket underlättar beräkningen och programmeringen av skjutparametrar för missiluppskjutning.

Figur 17 FIM-92 "Stinger" bärbart luftvärnsmissilvapensystem

Som visas i figur 17 är FIM-92 "Stinger" bärbara anti-missilvapensystem utrustat med AN/PAS-18 termiskt sikte, vilket gör det möjligt för den infraröda sökaren av missilen att skaffa mål före uppskjutning under både dag- och nattförhållanden, såväl som i miljöer med låg sikt.

För att maximera effektiviteten hos termiska sikten bör deras operativa räckvidd överstiga eller åtminstone matcha skjutområdet för de handeldvapen de är parade med. Följaktligen kategoriseras termiska sikten vanligtvis i tre typer baserat på deras operativa räckvidd: Light Weapon Thermal Sights (LWTS), Medium Weapon Thermal Sights (MWTS) och Heavy Weapon Thermal Sights (HWTS). Ett exempel är AN/PAS-13E-serien av termiska sikten (Figur 18) som produceras av Raytheon i USA.

Figur 18 AN/PAS-13E-serien okylda termiska sikten tillverkade av Raytheon i USA

Som visas i figur 18 bildar AN/PAS-13E-serien av okylda termiska sikten som produceras av Raytheon i USA lätta (LWTS), medium (MWTS) och tunga (HWTS) okylda termiska sikten genom att inkludera olika infraröda optiska linser och okylda infraröda fokalplansdetektorer. Dessa sikten har dubbla synfält och en 3x elektronisk zoomfunktion, vilket gör dem lämpliga för olika handeldvapen med olika effektiva avstånd. Förutom att fungera som värmesikten kan de även användas oberoende som handhållna värmekamera.

2.5 Prickskyttoperationer

Prickskyttoperationer hänvisar till en stridsmetod där infanteri använder prickskyttegevär för att utföra exakta anfall mot mål inom deras siktlinje, vanligtvis på avstånd runt 1 000 meter. Till exempel, den 11 november 2012, under dagsljus, eliminerade en brittisk armé prickskytt framgångsrikt två talibansoldater på ett GPS--uppmätt avstånd på 2 475 meter med hjälp av ett L115A3 prickskyttegevär. Att utföra prickskyttoperationer under förhållanden som dag, natt eller låg sikt kräver dock användning av ett termiskt sikte (Figur 19). Effektiviteten av målinsamling med enbart ett termiskt sikte av prickskyttegevär är begränsad. Därför förlitar sig krypskyttar ofta på en handhållen värmekamera för att söka efter mål, ge riktningssignaler och mäta avstånd.

Figur 19 Scenario av ett team med två-personer som utför en prickskyttoperation

Som visas i figur 19 använder prickskytten (vänster) i ett två-personsscenario för krypskyttarteam enHög-Koaxial Sniper Rifle Termisk Sikte (HISS-XLR), som har begränsad effektivitet i målsökning. Därför använder spottern (höger) enRecon V handhållen värmekameraför att söka efter mål, ge azimutvägledning och mäta avstånd.

2.6 Optoelektronisk siktning – laseravståndsmätning – eldkontrollsystem för handeldvapen

För närvarande finns det också en efterfrågan på att utrusta handeldvapen med enoptoelektroniskt sikte–laseravståndsmätning–eldledningssystem. Det främsta skälet är att när ingreppsavstånden ökar (t.ex. över 2 000 meter), minskar stridseffektiviteten som enbart förlitar sig på mänsklig observation och sikte avsevärt. De handeldvapenoptoelektroniskt sikte–laseravståndsmätning–eldledningssystem(Figur 20, 21) tar inte bara upp soldaters behov av observation och exakt avståndsavstånd under natt (såväl som dagtid) och ogynnsamt väder/låg-sikt, utan löser också beräkning och visning av skjutparametrar. Detta gör att även vanliga soldater kan utföra precisionsskytte med handeldvapen, vilket gör det till en avgörande komponent i det individuella soldatsystemet.

Figur 20 US Army MK-47 "Striker" 40 mm automatisk granatkastare

Som visas i figur 20 är den amerikanska arméns MK-47 "Striker" 40 mm automatiska granatkastare ett områdes{10}}förtrycksvapen med en effektiv räckvidd på 2 200 meter. Den är utrustad med AN/PWG-1 Lightweight Video Sight, som integrerar en tv-kamera, en tredje-generations låg-ljusenhet för mörkerseende, en laseravståndsmätare, en ballistisk dator och en display. Tillsammans med AN/PAS-13 Heavy Thermal Weapon Sight (överst till vänster) bildar den ett komplett distribuerat optoelektroniskt sikte-laseravståndsmätare-eldkontrollsystem.

Figur 21 XM25 granatkastare

Som visas i figur 21 använder granatkastaren XM25 ett integrerat optoelektroniskt sikte, laseravståndsmätning och eldledningssystem. Detta system hanterar beräkningen och visningen av skjutparametrar, vilket gör det möjligt för vanliga soldater att utföra hög-precisionsskjutning med handeldvapen under nattetid (såväl som dagtid) och förhållanden med låg-sikt.

När ett brandledningssystem för handeldvapen består av ett sikte med "tre-optik", kan skytten upptäcka och identifiera mål genom synliga och infraröda kanaler, mäta avstånd med en laseravståndsmätare och få data bearbetad av en ballistisk dator för att generera skjutparametrar. Siktpunkten visas sedan direkt på skärmen, vilket gör att även vanliga soldater kan skjuta med hög-precision som liknar professionella prickskyttar.

2014 initierade det amerikanska försvarsdepartementet (DARPA) programmet Computational Weapon Optic (CWO) för att utveckla "Super Smart Scope" (3S). Det här kikarsiktet är utrustat med avancerad termisk bildbehandling och mörkerseende för att förbättra situationsmedvetenheten och målprecisionen (Figur 22). Den integrerar också en ballistisk dator, Applied Ballistics programvara och radiosynkroniseringsfunktioner, bland annat.

Figur 22 Det amerikanska försvarsdepartementets utveckling av "Super Smart Scope" under programmet Computational Weapon Optic (CWO)

Som visas i figur 22 utvecklar USA:s försvarsdepartement, under programmet Computational Weapon Optic (CWO), "Super Smart Scope". Den här kikaren integrerar flera funktioner, inklusive synligt ljus, svagt-ljussyn, värmeavbildning, laseravståndsmätning, en ballistisk dator med Applied Ballistics programvara och radiosynkronisering. Detta gör att även vanliga soldater kan utföra hög-precisionsskytte liknande det för professionella prickskyttar.

För att uppnå exakt skjutning på mål inom siktlinjen eller bakom hinder med handeldvapen, är det viktigt att få exakta avståndsmätningar till målet. Därför blir det optimala valet att integrera en laseravståndsmätare i det termiska siktet. När målets avstånd har mätts kan skjutparametrar beräknas, vilket gör att det termiska siktet naturligt kan utvecklas till ett elektro-optiskt eldledningssystem för handeldvapen. Med ett sådant integrerat elektro-optiskt eldledningssystem på handeldvapen kan vanliga soldater också delta i exakt skjutning vid både--siktlinje och utanför-visuella-mål. För detta ändamål har USA utvecklat "Target Acquisition Day/Night Fire{10}}Control System" (TA D/N FCS) för XM25-granatkastaren. Dess prototyp utvecklades ursprungligen för det nu-inställda XM29 "Objective Individual Combat Weapon System" (OICW), som visas i figur 23.

Figur 23 XM29 "Objective Individual Combat Weapon System" (OICW), en banbrytare inom global utveckling av individuella soldater

Som visas i figur 23 består XM29 "Objective Individual Combat Weapon System" (OICW), som har lett globala trender inom utveckling av individuella soldatvapen, i första hand av tre huvudkomponenter: en 5,56 mm liten-kaliber automatgevär (nedre), en 20 mm automatisk granatkastare och en integrerad elektrogranatkastare (mellanliggande),{5} (uppskjutande kontrollsystem).

"Target Acquisition Day/Night Fire-Control System" (TA D/N FCS) integrerar ett sikte för synligt ljus, en okyld värmebildsmodul, en laseravståndsmätare/laserpunktsmarkör, temperatur- och trycksensorer, en ballistisk dator och en säkrings-inställningsenhet. Värmebildsvideon projiceras på siktet med synligt ljus via en spegel, medan data som laseravståndsmätningar, hårkorskors och riktningskorrigeringspunkter överlagras på värmebildmodulens mikro-skärm för soldatens observation. Denna design uppfyller kraven för stridsoperationer dag och natt, som illustreras i figur 24.

Figur 24 Den amerikanska militären har placerat ut XM25-granatkastaren utrustad med "Target Acquisition Day/Night Fire-Control System" (TA D/N FCS) i Afghanistans teater för operativ validering.

Den amerikanska militären har integrerat "Target Acquisition Day/Night Fire-Control System" (TA D/N FCS) i XM25-granatkastaren. Under operationen riktar soldaten in mitten av hårkorset med målets siktpunkt, utför laseravståndsmätning, väljer önskat sprängavstånd i förhållande till målet och systemet programmerar automatiskt granatens säkring med de beräknade skjutparametrarna före uppskjutning. Genom att ansluta till en extern GPS-mottagare för att få målkoordinater, möjliggör systemet exakta slag mot mål bakom hinder.

Om "trippel-optiksiktet" kombineras med ett elektriskt styrt fäste och en kontrolllänk kan det bilda en fjärrstyrd-prickskyttegevärsvapenstation. Detta eliminerar behovet för soldater att förbli dolda i förinställda positioner under längre perioder, vilket gör det möjligt för dem att utföra prickskyttoperationer från en säker plats, som visas i figur 25. Siktet "trippel-optik" är en avgörande komponent i framtida individuella soldatvapensystem, vilket möjliggör både direkt siktning och direkt skjutning via sikte och direkt skjutning skärmen.

Figur 25: Kombination av "trippel-optik" med ett elektriskt kontrollerat fäste och kontrolllänk för att bilda en fjärrstyrd-kontrollerad prickskyttegevärsstation

Som visas i figur 25 möjliggör integration av "trippel-optiksiktet med ett elektriskt styrt fäste och kontrolllänk skapandet av en fjärrstyrd-prickskyttegevärsstation. Detta eliminerar behovet för soldater att förbli dolda i förinställda-positioner under längre perioder, vilket gör att de kan utföra prickskyttoperationer från en säker plats. I det avbildade systemet använder den fjärrstyrda-stor-kaliber prickskyttegevärsvapenstationen en distribuerad arkitektur för sitt trippel-optiska sikte.

2.7 "Future Soldier" stridssystem

Stridssystemet "Future Soldier" är ett integrerat informatiserat utrustningssystem för enskilda soldater. Genom att ansluta till det taktiska internet förvandlar det soldaten till en informations- och stridsnod inom det bredare operativa nätverket. Detta system tar itu med utmaningar som situationsmedvetenhet på slagfältet, operativ planering, koordinerat/gemensamt stridsutförande och logistiskt stöd, samtidigt som det maximerar stridseffektiviteten hos enskilda soldatvapen. I Tysklands "GLADIUS" New Future Soldier Program innehåller systemet åtta typer av värmeavbildningsutrustning (Figur 26).

Figur 26 Tysklands "GLADIUS" nya framtida soldatprogram

Som visas i figur 26 inkluderar systemsammansättningen av Tysklands "GLADIUS" New Future Soldier Program ett kärnsystem med "Night vision goggles with an IR-modul", spaningsutrustning som består av tre typer av värmekamera och vapentillbehörsutrustning (termiska sikten) som består av sju modeller av små armar konfigurerade för sex typer.

Frankrikes "Future Soldier" stridssystem är känt som"Integrated Infantry Equipment and Communications (FELIN) System,"som också innehåller flera modeller av termisk bildutrustning. Detta system adresserar bådasamordning och gemensamma insatser mellan enskilda soldater(Bild 27–29) ochgemensamma operationer mellan enskilda soldater och andra militära grenar. Exempel inkluderar målbeteckning på slagfält och styrning av eldkraft från luften eller artillerianfall för exakt ingrepp med mål.

Figur 27 Frankrikes FELIN individuella soldatvapensystem

Som visas i figur 27 är "trippel-optiken" en kritisk komponent i framtida individuella soldatvapensystem. Bilden föreställer Frankrikes FELIN individuella soldatvapensystem, där soldaten kan manövrera det termiska siktet via knappar placerade på automatgevärets främre grepp medan han siktar.

Figur 28 Termisk sikte av det franska FELIN Individual Soldier System

Som visas i figur 28 kan värmebilderna från det franska FELIN individuella soldatsystemets termiska sikte överföras till den hjälmmonterade displayen, vilket gör det möjligt för soldater att utföra indirekt siktning och skjutning med FAMAS automatgevär.

Figur 29 Franska "Future Soldier" stridssystem

Som visas i figur 29 är detta ett operationsscenario för det franska stridssystemet "Future Soldier"-systemet "Integrated Infantry Equipment and Communications" (FELIN). En soldat som ligger på marken använder en "JIM MR" handhållen värmekamera för observation, och dirigerar en annan soldat som står bakom ett träd för att täcka in mål med ett "FAMAS" automatgevär utrustat med ett "Sword" dag--och-nattsikte.

En förenklad version av stridssystemet "Future Soldier" möjliggör konceptet "se det, skjut det" genom att integrera termiska sikten med hjälmmonterade-skärmar. Detta gör att soldater kan engagera sig i mål utan att behöva höja och rikta sina gevär (figur 30 och 31). I stads- eller djungelmiljöer, där sikten ofta är dålig eller siktlinjerna är begränsade, kan mål dyka upp på nära håll, vilket ger lite tid för traditionell sikte. Med det här systemet kan soldater skjuta så snart de ser målet-och verkligen uppnå "se det, skjut det."

 Figur 30 Integrering av termiska sikten med hjälm-monterade skärmar för att uppnå "Se det, skjut det"

Figur 31 Genom att integrera termiska sikten med hjälm-monterade displayer möjliggörs "se det, skjut det" för tunga kulsprutor.

Individuell värmeavbildningsutrustning i USA

Den amerikanska militären lägger stor vikt vid att förbättra enskilda soldaters operativa förmåga. Detta återspeglas inte bara i utvecklingen och produktionen av ett varierat utbud av handeldvapen som är skräddarsydda för olika ändamål utan också i det omfattande utbudet av termisk bildutrustning för enskilda soldater. Detta inkluderar bärbara värmekameror, handhållna värmekameror, sikten för värmevapen för handeldvapen, klämma-på värmesikten, värmekameror, kikare för värmekamera, klämma-på värmekamera och hjälm-monterade bl.a.

Framstegen med andra-generations värmebildsteknik i USA har övervunnit begränsningarna av storlek, vikt, kostnad och tillförlitlighetsbegränsningar för första-generationens värmebildsteknik. Som ett resultat har individuell värmebildsutrustning i USA uppnått världsledande-nivåer i alla aspekter, inklusive strukturell mångfald, modellvariation, funktionell prestanda, utbyggnadsskala och praktisk operativ användning. De viktigaste manifestationerna av detta ledarskap är följande:

1) Täckning av tre Atmosfäriska transmissionsfönster
Den amerikanska militären har utvecklat och distribuerat individuella värmekameror med spektrala svarsomfång som täcker alla tre atmosfäriska transmissionsfönster: kort-infraröd våg (1 μm–2,5 μm), medelvågig infraröd (3 μm–5 μm) och lång-våg infraröd (4 μm–1 μm).

2) Parallell utveckling av flera tekniska vägar
För att säkerställa framgången för andra-generationens individuella värmekameraprogram har USA följt en strategi att utveckla flera tekniska vägar parallellt. När det gäller avbildningsmetoder inkluderar tillvägagångssätten optomekanisk skanningsavbildning, elektronisk skanningsavbildning och stirrande avbildning. När det gäller infraröda fokalplansdetektorer har både kylda och okylda typer avancerats. Ur detektormaterialens perspektiv har material av kvant-typ som kvicksilverkadmiumtellurid (HgCdTe), indiumantimonid (InSb), platinasilicid (Pt:Si), blyselenid (PbSe) och indiumgalliumarsenid/galliumarsenid (In₁₋ⓓAs,Ga₋ⓓAs,Ga₋2) använts tillsammans termiska material av -typ såsom bariumstrontiumtitanat (BST), blyzirkonattitanat (PZT) keramik, vanadinoxid (VOₓ) och tunna filmer av amorft kisel (-Si). Historiskt sett utvecklades först den mest mogna tekniken-den 6-termoelektriska kylaren-kyld 40×16-element HgCdTe TDI fokalplansdetektor med optomekanisk skanningsavbildning- och såg storskalig produktion och implementering. Den okylda fokalplansdetektortekniken, som innebar vissa tekniska risker, användes först för storskalig produktion och utplacering efter att den nått mognad.

3)Två tekniska tillvägagångssätt för okylda långa-infraröda fokalplansmatriser

För att upprätthålla det globala ledarskapet inom termisk bildteknik initierade USA sekretessbelagd forskning och utveckling av okyld-FPA-teknik (Long Wave Infrared Focal Plane array) i slutet av 1980-talet. För att säkerställa framgången för denna teknik, följde USA två parallella tekniska tillvägagångssätt: hybrid ferroelektrisk FPA-teknik och integrerad mikrobolometer-typ vanadinoxid (VOx) FPA-teknik. I början av 1990-talet, när denna forskning avklassificerades, hade genombrott uppnåtts inom både okylda FPA-tekniker-den ferroelektriska typen med bariumstrontiumtitanat (BST) keramiska material och mikrobolometertypen med vanadinoxid (VOx) tunna filmer. Värmekamera som använder dessa två typer av okylda FPA:er utvecklades framgångsrikt,{10}massproducerades och sattes i fält, vilket gav USA ett försprång på cirka 15 år inom okyld värmebildsteknik. Därefter utvecklades också framgångsrikt okyld långvågig-infraröd FPA-teknik baserad på amorft kisel (-Si) tunn-filmmaterial, med motsvarande värmekamera som gick in i massproduktion och distribution. Idag representerar ferroelektriska, vanadinoxid- och amorft kisel okylda FPA-tekniker de tre vanliga tillvägagångssätten.

4) Utveckling av fem generationer av okylda fokalplansmatriser

För att upprätthålla ledarskapet inom termisk avbildningsteknik för individuella soldater har USA kontinuerligt avancerat genom fem generationer av okyld FPA-teknik (se figur 1), märkt av detektorformat och pixelhöjd:

Första generationen: Pixelpitch på 51 μm × 51 μm, med format som 320 × 240.

Andra generationen: Pixelpitch varierar från 25 μm till 35 μm, med format inklusive 320 × 240, 160 × 120 och 640 × 480/512.

Tredje generationen: Pixelpitch på 17 μm × 17 μm, med format som 320 × 240, 640 × 480/512 och 1024 × 768.

Fjärde generationen: Pixelpitch på 12 μm × 12 μm, med format inklusive 206 × 156, 320 × 240, 640 × 480/512 och 1024 × 768.

Femte generationen: Pixelpitch på 5 μm × 5 μm, med format som 1280 × 720.

Under dessa generationer har Noise Equivalent Temperature Difference (NETD) för okylda FPA:er förbättrats från cirka 100 mK i den första generationen till så låg som 10 mK i den senaste generationen (med bibehållen relativ bländare runt f/1).

USA har utvecklat ett omfattande utbud av focal plane array (FPA) specifikationer, inklusive:

160 × 120 (kvartals VGA)

320 × 240/256 (halva TV-format eller hälften VGA)

640 × 480 (Full TV-format eller VGA)

1024 × 768 (Quasi-High Definition TV-format eller QXGA)

1920 × 1080 (High Definition TV-format eller HDTV).

Figur 1 USA:s kontinuerliga utveckling av fem generationer av okyld Focal Plane Array Technology

Som visas i figur 1, för att säkerställa ledarskap inom individuella soldaters värmebildteknik, har USA kontinuerligt avancerat genom fem generationer av okyld focal plane array (FPA)-teknik. Figuren illustrerar den tekniska utvecklingen från 1996 till 2012.

5) Utveckling av gemensamma komponenter, moduler och kompletta system för individuell soldat termisk bildbehandling

USA har samtidigt utvecklat gemensamma komponenter, gemensamma moduler och kompletta gemensamma system för individuella soldater. Bildbehandlingsprogramvaran har utformats för att vara användar-konfigurerbar och anpassningsbar, vilket avsevärt minskar storlek, vikt och strömförbrukning. Detta tillvägagångssätt uppfyller effektivt "Size, Weight, and Power" (SWaP) begränsningarna för individuella soldatvärmekamera.

6)Diversifierade former av individuella värmekamera
Utvecklingen av vanliga komponenter och moduler för okyld termisk bildbehandling har sänkt de tekniska barriärerna för forskning, utveckling och produktion av individuella värmekamera. Detta gör det möjligt för små och medelstora-företag att designa och tillverka ett brett utbud av enheter, inklusive bärbara värmekamera, handhållna värmekamera, monokulära värmekikare, kikare termiska kikarsikten, sikten för värmevapen och hjälmmonterade -värmekamera. Antalet tillgängliga modeller överstiger 100, samtidigt som tillförlitligheten, livslängden och taktiska användbarheten för dessa system förbättras.

7)Utveckling av mångsidig applikationsprogramvara för individuella värmekamera
Avancerad och funktionsrik- applikationsprogramvara har utvecklats och implementerats för individuella värmekamera. Dessa inkluderar olika lägen för icke-likformighetskorrigering, flera riktmedels-/hårkorsalternativ, kapacitet för termisk bildavståndssökning, olika bildbehandlingslägen, pseudofärg och "intelligent färgning", radiometrisk temperaturmätning, sammansmältning av värmebilder med synliga/lågt-ljusbilder och lagring av värmebilder{4}. Dessa framsteg förbättrar bildkvaliteten avsevärt samtidigt som de utökar och förfinar funktionella möjligheter.

8)Integrering av flera sensorer med värmekamera
Individuella värmekameror integrerar nu olika sensorer, såsom kameror för synligt-ljus, laseravståndsmätare, laserdesignatorer, GPS-mottagare, mikro-gyroenheter, barometriska höjdmätare och lutningsmätare, vilket utökar deras funktionalitet.

9)Integrering av inbyggd-lagring
Inbyggt-minne har lagts till för individuella värmekamera, vilket möjliggör inspelning av video och bilder samt uppspelning efter-uppdrag.

10)Tillägg av Bluetooth eller Wi-Fi
Integreringen av Bluetooth eller Wi-Fi i individuella värmekamera möjliggör trådlös fjärrkontroll, delning av inspelad video eller bilder över nätverk och uppspelning på nätverks-aktiverade enheter som smartphones, surfplattor och tv-apparater.