Общие принципы и возможности применения телевидения в военном деле (Инженер-подполковник Г. Иванов)

Современная радиотехника играет исключительно важную роль в развитии военного дела. Область военного применения радио еще более расширилась в связи с развитием телевидения, позволившего передавать подвижные изображения на десятки и сотни километров.

Передача изображения осуществляется так. Сначала световые потоки, исходящие от отдельных частей предмета, преобразуются в электрические сигналы. Затем эти сигналы передаются по радио и в месте приема превращаются в световые точки, создающие на экране изображение объекта.

В телевидении используется свойство человеческого глаза сохранять в течение некоторого времени впечатление от произведенного на него светового воздействия. Это позволяет передавать изображение последовательно, небольшими участками, получившими название элементов изображения. Для того чтобы глаз воспринял изображение в целом, необходимо все его элементы передать очень быстро, менее чем за одну двадцать пятую долю секунды. Для получения изображения хорошего качества каждый квадратный сантиметр его поверхности разбивается на несколько тысяч отдельных элементов.

Для разложения изображения на элементы и преобразования их в электрические импульсы используются передающие телевизионные трубки. Наиболее совершенная современная передающая телевизионная трубка, находящая широкое применение, называется суперортиконом и представляет собой сложный электровакуумный прибор.

Схема действия суперортикона показана на рис. 46. Объект 1, который необходимо передать, проектируется через объектив 2 на фотокатод 3 и создает на нем изображение. Фотокатод обладает свойством излучать электроны в соответствии с освещенностью его поверхности. В результате световой поток от объекта преобразуется в поток электронов, плотность которого по его сечению пропорциональна световому потоку.

Рис. 46. Схема действия суперортикона: 1 - объект; 2 - объектив; 3 - фотокатод; 4 - мишень; 5 - электронный луч; 6 - отраженный поток электронов; 7 - развертывающее устройство; 8 - электронный умножитель; 9 - сопротивление

Электроны "бомбардируют" мишень 4, представляющую собой тонкую пластинку из материала с малой электрической проводимостью (обычно в качестве такого материала используется специальное стекло) и создают на ней электрические заряды. Распределение электрических зарядов на поверхности мишени соответствует изображению объекта на фотокатоде.

Дальнейшая задача заключается в преобразовании электрических зарядов, возникших из мишени, в последовательные импульсы электрического тока. Это выполняется электронным лучом 5, для создания которого служит электронный прожектор. Электронный луч под воздействием развертывающего устройства 7 пробегает по мишени слева направо и сверху вниз, как бы прочерчивая на ней строки. При этом движении происходит взаимодействие электронов луча с электрическими зарядами, распределенными по поверхности мишени, в результате чего от нее отражаются электроны. Количество отраженных электронов зависит от величины заряда на том участке мишени, на котором находится в данный момент электронный луч.

Отраженный поток электронов 6 попадает в электронный умножитель 8 и подвергается в нем усилению. На выходе умножителя включено сопротивление 9, на котором возникает электрическое напряжение, зависящее от плотности потока электронов и, следовательно, от распределения света и тени на фотокатоде. С помощью этих напряжений управляют радиопередатчиком. Создаваемые в нем электромагнитные колебания излучаются в пространство и доносят к месту приема сигналы изображения.

Антенна приемника (телевизора) улавливает электромагнитные колебания. В приемнике импульсы выделяются, усиливаются и подаются на приемную телевизионную трубку. Приемная телевизионная трубка представляет собой электровакуумный прибор, содержащий электронный прожектор и экран, покрытый составом, способным светиться под действием падающего на него потока электронов.

Приемная трубка, так же как и передающая, имеет развертывающие устройства, под воздействием которых электронный луч совершает движение по экрану, образуя так называемый растр. Горизонтальное движение начинается из левого верхнего угла экрана в направлении к правому верхнему углу. Так прочерчивается на экране первая строка. Затем луч быстро возвращается к левому краю экрана и снова начинает движение вправо. Одновременно с перемещением по горизонтали луч постепенно смещается вниз. В результате строки, прочерчиваемые им, располагаются одна под другой. Когда луч доходит до нижнего края экрана, передача кадра заканчивается. Луч быстро возвращается в верхний левый угол, и начинается передача второго кадра и т. д. Описанный способ развертки изображения носит название прогрессивного.

Весьма часто в телевизионных системах применяют так называемую черезстрочную развертку. В этом случае каждый кадр разбивается на два полукадра. В одном полукадре передаются только четные строки, в другом - только нечетные. Применение черезстрочной развертки позволяет в два раза сократить полосу частот, занимаемую телевизионным сигналом. Поэтому такой метод часто применяется.

Движение луча по строке и кадру в передающей и приемной трубках должно происходить строго одинаково. Такое согласование достигается передачей импульсов изображения одновременно со специальными сигналами синхронизации.

В результате совместного воздействия на электронный луч напряжения развертки и импульсов изображения на экране приемной трубки создается изображение передаваемого объекта. Электрические импульсы изображения управляют плотностью электронного луча, а значит, и яркостью свечения экрана трубки.

До этого шла речь о черно-белом телевидении. Однако благодаря достижениям науки и техники становится все более реальным широкое применение цветного и объемного телевидения. Чтобы осуществить цветное телевидение, производят разложение передаваемого изображения на три основных цвета - красный, зеленый и синий, а в месте приема - смешение основных цветов. Выходит, что в этом случае изображение какого-либо объекта нужно передать не один раз, как в черно-белом телевидении, а три раза. Разложить изображение на основные цвета удается с помощью фильтров. Смешать в приемнике основные цвета можно, применив эти же устройства или электроннолучевую трубку с цветным экраном.

Ученые и конструкторы сделали возможным прием цветных передач на обычные черно-белые телевизоры с заменой в них электроннолучевой трубки. Ее экран покрывается люминофорами, светящимися под воздействием электронов красным, синим и зеленым цветом. В трубке три электронных прожектора, испускающих три электронных луча. Сигналы, принимаемые с телепередатчика, воздействуют на эти лучи и заставляют светиться три цветные точки, составляющие элемент изображения, в соответствии с передаваемым в данный момент цветом.

Установка объемного телевидения была построена еще в 1950 г. в Ленинградском электротехническом институте связи имени М. А. Бонч-Бруевича. Сейчас объемное телевидение уже практически используется в научных и производственных целях. Существует полная возможность создать телевизионную систему для воспроизведения объемных изображений в красках.

Общая схема телевизионной передачи показана на рис. 47. Совокупность элементов, входящих в эту схему, образует единую телевизионную систему.

Рис. 47. Общая схема телевизионной передачи

Телевизионная система состоит из передающей и приемной частей. В передающую часть входят телевизионная камера (содержащая один или несколько объективов, развертывающее устройство и предварительный усилитель), устройство для синхронизации сигналов изображения, линейный усилитель, передатчик и передающая антенна.

В приемную часть входят приемная 1антенна и приемное устройство с трубкой.

К основным показателям телевизионной системы относятся четкость, чувствительность и дальность действия. Четкость характеризует способность воспроизводить мелкие детали объекта. Она измеряется количеством строк, на которые разлагается изображение при его передаче. Для широковещательного телевидения в Советском Союзе принята четкость 625 строк.

От четкости зависит один из основных радиотехнических параметров системы - полоса излучаемых частот. Для передачи изображений с четкостью 625 строк при 50 кадрах и черезстрочной развертке (25 полных кадров) необходима полоса частот 50-5000000 гц. Передача такой широкой полосы частот (в 1000 раз шире, чем при радиосвязи) связана с необходимостью работать на ультракоротковолновом диапазоне и приводит к усложнению передающих и приемных устройств по сравнению с аналогичными устройствами для радиосвязи.

Чувствительность характеризует способность телевизионной системы передавать изображение слабо освещенных объектов. Она зависит от чувствительности передающей телевизионной трубки, качества усилительной аппаратуры и объектива, прозрачности атмосферы.

Передающая трубка типа суперортикон может нормально работать при освещенности фотокатода в десятые доли люкса, что соответствует освещенности земли в лунную ночь. Однако это отнюдь не означает, что с помощью суперортикона можно вести передачу ночью. Дело в том, что на пути от объекта к фотокатоду свет проходит через атмосферу и оптическую систему и частично поглощается. В результате обеспечить на фотокатоде освещенность в десятые доли люкса без применения искусственных средств удается лишь в светлое время суток.

Дальность действия телевизионной системы определяется предельно возможной дальностью действия применяемых передатчиков.

Весьма важными характеристиками телевизионных систем, особенно для военного применения, являются габариты, вес и надежность действия. Достижения телевизионной техники в этом направлении очень велики. Создание миниатюрных передающих трубок позволяет изготовлять переносные малогабаритные камеры, имеющие вес, не превышающий веса винтовки. Применение полупроводниковых приборов вместо электронных ламп дает возможность резко повысить надежность телевизионной аппаратуры и уменьшить ее вес и габариты.

Телевизионная аппаратура может сравнительно легко размещаться и надежно работать на самолетах, танках, автомобилях и кораблях. Все это позволяет применять телевидение для решения военных задач, как, например, наблюдение за полем боя из укрытий, разведка поля боя с самолета, обеспечение подводных работ. Хорошие результаты дает применение телевизионной аппаратуры для наведения на цели телеуправляемых объектов. Приведенные здесь примеры ни в коей мере не исчерпывают всех возможностей применения телевидения в военном деле.