一种无人机载多目标探测跟踪、指示系统及方法技术方案
【技术实现步骤摘要】
一种无人机载多目标探测跟踪、指示系统及方法
本专利技术属于目标探测跟踪及指示
，特别涉及一种无人机载多目标探测跟踪、指示系统及方法。
技术介绍
多目标探测跟踪与指示技术是传统成像跟踪技术与现代激光指示技术相结合的产物,是一种可工作在从红外到紫外光谱段的成像与指示系统技术。现代武器装备发展迅速，采用无人机载平台，既能执行多样化任务，又能降低人员伤亡；采取激光指示精确制导方式，可提高打击精度与作战效能。随着光电探测设备、激光发射技术及图像处理性能的提高，开展多目标探测跟踪及激光指示成为可能。通过无人机携带光电吊舱，昼夜侦察战场目标，获取目标图像和大地坐标；采用激光目标指示器同时指示多目标，配合自身携带的武器或其它无人机、直升机、火炮、火箭炮等武器发射的制导弹药，实现对敌目标精确打击。由于无人机具有飞行速度快、不易被发现等多种优点，能够有效实施侦察、打击、评估，且激光目标指示器又是具有高效费比的制导手段，因此，用无人机承担侦察、打击、评估任务，发挥其察打结合能力成为多目标探测跟踪与指示的最佳载荷平台。传统方式主要是采用转台结合照射器的方法，由于转台惯性大，该方法只能实现对视场内单一目标实现指向，成本高。目前的多目标跟踪指示技术主要是通过光学系统透镜组合来实现视轴调整，如中国人民解放军装甲兵工程学院的CN103019258A号专利“一种基于光学相控阵与逆向光学的多目标跟踪指示技术”提出一种基于光学相控阵与逆向光学的多目标跟踪指示技术，能够对光学系统的透镜适当组合来实现短时间内多目标指示，但系统所用光学元件较多、体积大，难以实现机载，并且光束指向控制速度慢。专...
【技术保护点】
一种无人机载多目标探测跟踪、指示系统，其特征在于：包括多目标探测跟踪系统(3)和多目标激光指示系统(6)；所述的多目标探测跟踪系统(3)包括红外摄像仪(4)、可见光图像传感器(5)和高速并行图像处理与跟踪反馈控制电路；所述的多目标指示系统(6)包括集成激光器(17)、快速反射镜(15)、快速反射镜控制模块(14)和激光器控制模块(19)；所述的多目标探测跟踪系统(3)用于弱小目标探测与跟踪，采用灰度形态学滤波方法进行弱小目标背景抑制与图像增强，得到弱小目标特征增强图像；采用动态规划算法的多阶段优化决策，实现对多目标特征能量的不断积累，获取杂波中弱小多目标累积能量，即获取弱小多目标点迹数据；采用数据关联算法计算波门范围，实现目标点迹数据归类，完成当前时刻多目标与历史航迹的关联配对；设计高速并行图形处理与跟踪反馈控制电路，提高目标点迹数据快速归类与多目标跟踪值有效反馈；采用多目标编目与卡尔曼滤波算法，实现多目标(7)跟踪；所述的多目标指示系统(6)用于多目标激光指示，将多个激光发射元件(18)集成在一个集成激光器(17)中，每个激光发射元件(18)对应一个快速反射镜(15)，各激光发射元件...
【技术特征摘要】
1.一种无人机载多目标探测跟踪、指示系统，其特征在于：包括多目标探测跟踪系统(3)和多目标激光指示系统(6)；所述的多目标探测跟踪系统(3)包括红外摄像仪(4)、可见光图像传感器(5)和高速并行图像处理与跟踪反馈控制电路；所述的多目标指示系统(6)包括集成激光器(17)、快速反射镜(15)、快速反射镜控制模块(14)和激光器控制模块(19)；所述的多目标探测跟踪系统(3)用于弱小目标探测与跟踪，采用灰度形态学滤波方法进行弱小目标背景抑制与图像增强，得到弱小目标特征增强图像；采用动态规划算法的多阶段优化决策，实现对多目标特征能量的不断积累，获取杂波中弱小多目标累积能量，即获取弱小多目标点迹数据；采用数据关联算法计算波门范围，实现目标点迹数据归类，完成当前时刻多目标与历史航迹的关联配对；设计高速并行图形处理与跟踪反馈控制电路，提高目标点迹数据快速归类与多目标跟踪值有效反馈；采用多目标编目与卡尔曼滤波算法，实现多目标(7)跟踪；所述的多目标指示系统(6)用于多目标激光指示，将多个激光发射元件(18)集成在一个集成激光器(17)中，每个激光发射元件(18)对应一个快速反射镜(15)，各激光发射元件(18)可单独编码，激光器控制模块(19)通过控制集成激光器(17)发射多束激光，经过快速反射镜控制模块(14)微调快速反射镜(15)角度，实现多目标(7)激光指示。2.如权利要求1所述的一种无人机载多目标探测跟踪、指示系统，其特征在于：为了提高激光对多目标指示时的激光指示精度，还包括激光指向控制系统；所述的激光指向控制系统包括载荷平台、陀螺仪、音圈电机、快速反射镜；所述的激光指向控制系统用于激光束指向精准控制，由粗精组合的二级稳定控制系统组成，其中粗级稳定控制主要用于补偿无人机自身振动及风阻产生的扰动，由陀螺仪获取光束指向偏角，由力矩电机控制吊舱框架微动补偿载荷平台内部和外部扰动；将粗级稳定的角度残差输入到精级稳定控制系统中，通过音圈电机控制快速反射镜微调来补偿激光束指向，实现激光束指向精准控制。3.如权利要求1或2所述的一种无人机载多目标探测跟踪、指示系统，其特征在于：多目标探测跟踪系统(6)中所述的设计高速并行图像处理与跟踪反馈控制电路包括嵌入式高速图像处理平台、红外摄像仪接口与CCD相机接口、FPGA图像预处理电路模块、ARM+GPU架构的嵌入式平台；嵌入式高速图像处理平台根据昼夜天候条件选择相应模式，分别通过CCD相机接口和红外摄像仪接口将采集到的图像进行光电转换并输出图像信号至FPGA图像预处理电路模块，经过光电隔离、自适应滤波、低照度增强、灰度变换以及制式转换后获得高质量数字图像，再将获得的高质量数字图像输入基于ARM+GPU架构的嵌入式平台，进行图像融合和处理，实现目标点迹归类，并实时输出关联配对目标，即实现目标识别；如果视频流中出现N个目标，在得到目标点迹数据后，分别对这N个目标进行归类，实现对多目标的关联配对，即实现多目标识别。4.一种无人机载多目标探测跟踪、指示方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、通过无人机载平台(1)的多目标探测跟踪系统获取弱小多目标点迹数据；采用可见光图像传感器(5)和红外摄像仪(4)实现白天多目标图像采集，提高多目标探测识别技术的精度和鲁棒性；采用红外摄像仪(4)实现夜晚多目标图像采集，在不受光照条件限制的同时，提高多目标探测识别的稳定性和适应性，实现全天时多目标探测识别；在图像采集后，采用灰度形态学滤波方法进行背景抑制与图像增强；采用动态规划算法获取弱小多目标点迹数据；步骤二、利用步骤一中目标探测获取的目标点迹数据实现多目标跟踪；利用步骤一中的目标探测获取目标点迹数据，采用数据关联算法计算波门范围对目标点迹数据归类，完成当前时刻多目标与历史航迹的关联配对，即实现目标识别；设计高速并行图形处理与跟踪反馈控制电路，提高目标点迹数据快速归类效率，并且实现目标跟踪值有效反馈；对识别的目标采用多目标编目与卡尔曼滤波算法，实现多目标跟踪；如果多目标跟踪值满足跟踪精度要求，直接输出跟踪目标结果图，实现多目标跟踪；如果多目标跟踪值不满足跟踪精度要求，将多目标跟踪值反馈到数据关联环节，此时将多目标跟踪值当做目标点迹数据，通过数据关联算法重新计算波门范围，对目标点迹数据重新归类、识别与跟踪，直到跟踪精度满足要求，输出跟踪目标结果图，实现多目标跟踪；步骤三、通过多目标激光指示系统对步骤二中跟踪的目标实现激光多目标可持续编码指示；对步骤二中跟踪的多目标进行激光指示，采用集成激光器(17)与快速反射镜(15)组合的方式，完成多路激光的编码输出，实现多目标的可持续编码指示；采用激光控制模块(19)控制集成激光器(17)发射多束激光，实现同时对多目标指示的功能，其中集成激光器(17)内含多组激光发射元件(18)，每个激光发射元件(18)分别对应一个快速反射镜(15)，对单个激光发射元件(18)进行编码，形成编码激光束(16)，防止打击时目标识别错误，由快速反射镜控制模块(14)同时控制每个快速反射镜(15)的偏转角度，每个快速反射镜(15)只对小视场范围的目标进行扫描，能够实现目标连续照射，采用集成激光器与快速反射镜组合的方式实现对步骤二中跟踪的多目标激光可持续编码指示。5.如权利要求4所述的一种无人机载多目标探测跟踪、指示方法，其特征在于：为了提高激光对多目标指示时的激光指示精度，还包括步骤四：采用粗精组合的二级稳定激光指向控制系统，补偿无人机外部扰动及自身振动的角度残差，提高多目标激光指示精度。6.如权利要求4或5所述的一种无人机载多目标探测跟踪、指示方法，其特征在于：步骤一具体实现方法为，步骤1.1：在多目标探测过程中进行弱小目标背景抑制与图像增强；采用灰度形态学滤波方法将初始图像中尺度小于弱小目标的点状离散噪声和形态尺度大于弱小目标的杂波进行滤除，所述的初始图像包括可见光图像和红外图像；在滤波完成后对初始图像像素进行合并处理，并在像素合并后采用分段线性变换的方法对图像进行增强，提高弱小目标的局部对比度，同时抑制大面积背景区域的全局对比度，得到弱小目标特征增强图像；在背景抑制段和目标增强段两段采取的变换公式如公式(1)所示：
【专利技术属性】
技术研发人员：郝群，曹杰，王营博，高泽东，张芳华，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11
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