Персональная электроника в экипировке: модульные системы, оптика, защита от ЭМИ и электропитание

Концепция бортового компьютера и модульной экипировки

В качестве альтернативы громоздким и дорогим военным комплексам (таким как Land Warrior или FELIN) рассматривается разработка специализированного носимого блока на базе микроконтроллера линейки Atmega. Основное назначение такого видеоконтроллера — служить электронной начинкой для прицельно-наблюдательного комплекса. Устройство врезает графическую и текстовую информацию в видеосигнал с камеры, выводя картинку на внешний дисплей.

Функционал контроллера включает:

• Наложение прицельных сеток и дальномерных шкал;
• Расчет баллистических поправок методом аппроксимации в реальном времени;
• Отображение углов крена, завала оружия и тангажа;
• Вывод показаний температуры, азимута электронного компаса и остаточного заряда питания.

Аппаратная часть включает в себя специализированные датчики: цифровой компас HMC1052L и комбинированный акселерометр/инклинометр/термометр ADIS16201. В качестве устройств вывода рассматриваются недорогие экраны сотовых телефонов (320х240), дисплеи КПК (640х480), некорпусированные ЭЛТ-видоискатели от видеокамер, а также микродисплеи Kopin. Стандартные КПК и смартфоны признаны малопригодными для постоянного контроля в полевых условиях из-за хрупкости, бликующих экранов и высокого энергопотребления, однако могут служить резервным накопителем карт и справочных баз.

Оптико-электронные системы: прицелы, ПНВ и тепловизоры

При компоновке системы наблюдения и ведения огня выделяются следующие технические решения:

• ТВ-камеры высокой чувствительности: для работы в сумерках и ночью применяются бескорпусные модули с чувствительностью 0,005 люкс (камеры с порогом 0,2 люкса признаны недостаточно эффективными для полной темноты). Оптика монтируется в жесткий защитный корпус на ствол, в том числе на гладкоствольное оружие;
• Комбинированный обзор: для тактических задач эффективна схема с двумя камерами: широкоугольной («рыбий глаз») для ориентации в ближней зоне и длиннофокусной (кратностью 8–12) для идентификации целей. Дополнительный автономный ТВ-модуль может служить для контроля тыла, транслируя картинку на нашлемный дисплей;
• Тепловизоры: преимущество тепловизора заключается в быстром обнаружении живых целей и техники за растительностью. Однако тепловизионный канал крайне слабо отображает рельеф и холодные препятствия (сучья, ямы, растяжки), из-за чего быстрое перемещение ночью по лесу только по тепловизору опасно. Оптимальным решением считается совмещение каналов (ТВ + тепловизор);
• Дальнометрия: в противовес дорогим лазерным дальномерам актуальна пассивная дальнометрия с программным расчетом дистанции.

Стойкость электроники и защита от электромагнитного импульса (ЭМИ)

Полевая электроника требует устойчивости к диапазону температур от -50 до +50 °C, а также защиты от вибраций и ударов (уровень требований войсковой приемки). При воздействии ЭМИ (возникающего как при ядерных взрывах, так и от взрывомагнитных генераторов) поражающий фактор формируется за счет наведенных токов и высоких напряжений в проводниках. В полупроводниках происходит тепловой пробой p-n переходов микросхем, выводящий их из строя без возможности восстановления.

Для защиты электронных приборов применяются следующие меры:

• Экранирование: размещение узлов в сплошных металлических корпусах или обертывание слоями проводящей фольги (принцип клетки Фарадея). Проникновение импульса зависит от толщины экрана;
• Оптоволоконные линии: применение световодов для передачи данных между узлами исключает наведение токов на линиях связи;
• Схемотехническая защита вводов: емкостно-индуктивные фильтры от низкоинтенсивного ЭМИ; искровые разрядники против импульсных перегрузок на внешних кожухах и оплетках; оксидно-металлические варисторы, а также высокоскоростные зенеровские диоды, обладающие лавинообразным падением сопротивления до нуля при броске напряжения.

Автономное питание и преобразователи энергии

Энергопотребление тепловизоров обычно ограничивает их непрерывную работу от штатных батарей 2–4 часами. Модульная плата контроллера с запитанной от нее камерой потребляет ресурс аккумулятора емкостью 3,3 А·ч за период более 8 часов.

В условиях кризиса наиболее практичным источником считаются стандартные батареи типоразмера АА/ААА. Перспективной признана схема импульсного повышающего DC-DC преобразователя («вампирчика»), способного вытягивать остаточный заряд из практически разряженных гальванических элементов, аккумуляторов мобильных устройств или элементов Пельтье. При этом отмечается ограничение физики процесса: глубоко севшие батареи формата АА/ААА при падении входного напряжения до долей вольта способны отдать преобразователю ток силой не более 100 мА при стабилизированном выходе 5 В, чего достаточно для работы базовой логики и датчиков, но недостаточно для мощных потребителей.