一种光电毫米波三坐标搜索跟踪装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种光电毫米波三坐标搜索跟踪装置，所述装置包括：光电探测组件(1)、毫米波测距组件(2)、伺服机构(3)和处理组件(4)；所述光电探测组件(1)通过切换为搜索或跟踪模式进行目标的搜索或跟踪；所述毫米波测距组件(2)用于按照光电探测组件(1)给出的目标俯仰角，确定在俯仰向的一维相扫角，将雷达波束指向该角度方向，测定目标的距离和/或径向速度；所述光电探测组件(1)和毫米波测距组件(2)一并安装在伺服机构(3)上；所述处理组件(4)用于处理光电探测组件(1)获取的图像信息，提取目标角位置信息，并控制毫米波测距组件(2)对已获得角位置信息的目标测距和/或测定径向速度。

A photoelectric millimeter wave three coordinate search and track device and method

The invention discloses a photoelectric millimeter wave three coordinate search and tracking device, which includes: a photoelectric detection component (1), a millimeter wave ranging component (2), a servo mechanism (3) and a processing component (4); the photoelectric detection component (1) searches or tracks the target by switching to a search or tracking mode; the millimeter wave range finder group is used. The piece (2) is used for the target pitch angle given by the photoelectric detection component (1), determines the one dimensional phase sweep angle at the pitch direction, points the radar beam to the angle direction, and determines the distance and / or radial velocity of the target; the photoelectric detection component (1) and the millimeter wave range finder component (2) are installed on the servo mechanism (3) and the processing module (4). It is used to process the image information obtained by the photoelectric detection component (1), extract the information of the target angle position, and control the millimeter wave range finder component (2) to range and / or determine the radial velocity of the target location information that has been obtained.

【技术实现步骤摘要】
一种光电毫米波三坐标搜索跟踪装置及方法
本专利技术属于光电搜索跟踪和毫米波雷达
，涉及一种利用光电探测设备进行目标搜索或者跟踪、毫米波雷达对光电搜索发现的目标或者跟踪的目标进行测距，以准确及时测量目标位置，特别涉及一种光电毫米波三坐标搜索跟踪装置及方法。
技术介绍
小型和超小型无人机使用方便，管控难度大，未经许可容易进入敏感区域，如民航飞机场，对飞机起降安全带来严重隐患。小型和超小型无人机属于典型的飞行高度低、目标特征小、飞行速度慢为特征的“低小慢”目标，而且因飞行高度低，距离地面树木及建筑物近，故背景复杂。目前，具备对空目标探测的技术手段主要有三种：工作在厘米波及更长波长波段的雷达、工作在毫米波波段的毫米波雷达、工作在可见光和红外波段的光电探测设备。这三类设备的特点和对复杂背景下的“低小慢”目标探测能力为：(1)雷达。雷达的工作波段一般是3GHz～30GHz(波长10cm～1cm)范围内的厘米波波段和米波波段。搜索雷达的俯仰向波束角很大，一次方位搜索，即可覆盖大范围的区域，但只能给出目标的方位和距离；而且该波段的雷达低仰角跟踪能力差、抗杂波能力低，特别是探测低空小目标能力低；考虑到需要主动发射电磁波，可能对周围电磁环境造成干扰。因此，该类型雷达不适合用于在复杂背景下探测“低小慢”目标。(2)毫米波雷达。毫米波雷达的波段一般是在30GHz～300GHz(波长是10mm到1mm)的频段。由于毫米波是介于厘米波与光波之间的过渡频段，因此它兼有厘米波与光波的特性，并具有一些独特的特点：1)与激光相比，毫米波的传播受气候的影响要小得多，可以认为具有全天候工作特性，且探测能力比激光强。2)和厘米波相比，毫米波的波束更窄。可以在小的天线孔径下得到窄波束，方向性好，对目标具有高横向分辨力；容易检测小目标，包括电力线、电杆和弹丸等。例如一个12cm的天线，在9.4GHz时波束宽度为18°，而94GHz时波速宽度仅1.8°。但不足在于因波束窄而导致搜索能力低，不适合大范围搜索目标。3)地面杂波和多径效应影响小，低空跟踪性能好，可在复杂背景下使用。4)有较高的多普勒带宽，多普勒效应明显，具有良好的多普勒分辨力，测速精度较高。(3)光电探测设备。该类设备为被动工作方式的探测设备，主要是通过接收目标反射光和/或目标红外辐射，来实现目标探测，典型设备有工作在可见光波段的电视摄像机、工作在中波红外和/或长波红外的红外热成像仪，以及通过向目标发射激光来探测和/或测量目标距离的激光雷达和激光测距仪。由于工作在光波波段，波长一般为0.45～1.0μm、3～5μm和8～12μm，波长短，分辨率高，故能有效探测跟踪飞行在复杂背景下的“低小慢”目标，并在跟踪时使用激光测距仪测回目标距离。但受激光测距机激光器发射激光脉冲的能量限制，为实现在较远距离上对小尺寸目标进行测距，激光束散角一般较小，因此，激光测距机一般只能在光电探测设备精确跟踪目标时使用：必须将稳定跟踪目标，使其精确处于光电探测设备的视场中心。但在使用光电探测设备进行大范围目标搜索时，因目标可随机出现在光电探测设备视场中任意位置，因此，在光电探测设备进行搜索的情况下，利用激光测距机难以获得目标的距离值，这在探测“低小慢”目标时，因缺乏目标距离值，不能对目标进行威胁判断，使得光电探测设备搜索效能大幅下降。综上所述，和主动工作方式的雷达和毫米波相比，光电探测设备更适合用于搜索复杂背景下的“低小慢”目标，但不足在于无目标距离量。因此，如何获得被搜索目标的距离值，一直是发展搜索类光电探测设备的一项重要研究内容。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决目前光电探测设备进行搜索时难以获得被搜索目标距离问题。为此，提出了一种将光电探测设备与毫米波雷达有机集成，以能充分发挥光电探测设备被动搜索能力和毫米波雷达对小目标的测距能力的光电毫米波三坐标搜跟装置，实现在光电探测设备搜索和跟踪模式下精确获得目标方位、俯仰和距离三维坐标，从而精确及时确定目标的空间位置。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种光电毫米波搜索跟踪装置及方法，所述装置在两种工作模式下工作：搜索模式和跟踪模式，所述装置包括：光电探测组件1、毫米波测距组件2、伺服机构3和处理组件4；所述光电探测组件1通过切换为搜索或跟踪模式进行目标的搜索或跟踪；所述毫米波测距组件2用于按照光电探测组件1给出的目标俯仰角，确定在俯仰向的一维相扫角，将雷达波束指向该角度方向，测定目标的距离和/或径向速度；所述光电探测组件1和毫米波测距组件2一并安装在伺服机构3上；所述伺服机构3用于驱动光电探测组件1和毫米波测距组件2；所述处理组件4用于处理光电探测组件1获取的图像信息，提取目标角位置信息，并控制毫米波测距组件2对已获得角位置信息的目标测距和/或测定径向速度。作为上述装置的一种改进，所述毫米波测距组件2能够在俯仰向进行一维相扫，所述毫米波测距组件2包括：发射/接收天线11和毫米波发射/接收组件12。作为上述装置的一种改进，所述伺服机构3包括：俯仰组件5和方位组件6；所述俯仰组件5用于承载光电探测组件1和毫米波测距组件2，并驱动光电探测组件1和毫米波测距组件2在俯仰向进行跟踪目标，以及确定光电探测组件1在搜索时的俯仰角；所述方位组件6用于承载俯仰组件5，并驱动光电探测组件1进行方位向搜索，以及驱动光电探测组件1和毫米波测距组件2在方位向进行跟踪目标。作为上述装置的一种改进，所述装置在扫描搜索过程中会出现光电探测器运动图像模糊，当采用前置反射镜进行图像运动补偿时，所述光电探测组件1包括：光学窗口7、搜索跟踪切换反射镜8、光学系统9和光电探测器10；其中：所述光学窗口7是光电探测组件1的保护窗口，所述光学窗口7的透光波段与光电探测组件1的工作波段一致；所述光学窗口7与毫米波测距组件2并列安装在同一侧；所述搜索跟踪切换反射镜8，用于将透过光学窗口7的光波反射到光学系统9，所述搜索跟踪切换反射镜8包括：反射镜和伺服控制组件；所述伺服控制组件通过调整反射镜的反射角度实现该装置搜索和跟踪模式的切换，通过实时控制搜索跟踪切换反射镜8进行小范围摆动来补偿该装置的光电探测组件1在搜索模式时因快速搜索带来的目标成像在光电探测器10光敏面上的运动，使光电探测器10在积分期间能清晰成像；所述光学系统9，用于汇聚搜索跟踪切换反射镜8反射过来的目标光信号，将其聚焦成像到光电探测器10的光敏面上；所述光电探测器10用于将光学系统9汇聚的目标光信号转换为目标电信号，并将该目标电信号传递到处理组件4进行处理。作为上述装置的一种改进，所述装置在扫描搜索过程中出现光电探测器运动图像模糊时，当采用后置光学回扫镜进行图像运动补偿时，所述光电探测组件1包括：光学窗口7、搜索跟踪切换反射镜8、光学系统9、光学回扫镜13和光电探测器10；所述光学窗口7是光电探测组件1的保护窗口，所述光学窗口7的透光波段与光电探测组件1的工作波段一致；所述光学窗口7与毫米波测距组件2并列安装在同一侧；所述搜索跟踪切换反射镜8，用于将透过光学窗口7的光波反射到光学系统9，包括：反射镜和伺服控制组件；所述伺服控制组件通过调整反射镜的反射角度实现该装置搜索和跟踪模式的切换；所述光学系统9，用于汇聚搜索跟踪切换反射镜8反射过来的目标本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电毫米波三坐标搜索跟踪装置，所述装置在两种工作模式下工作：搜索模式和跟踪模式，其特征在于，所述装置包括：光电探测组件(1)、毫米波测距组件(2)、伺服机构(3)和处理组件(4)；所述光电探测组件(1)通过切换为搜索或跟踪模式进行目标的搜索或跟踪；所述毫米波测距组件(2)用于按照光电探测组件(1)给出的目标俯仰角，确定在俯仰向的一维相扫角，将雷达波束指向该角度方向，测定目标的距离和/或径向速度；所述光电探测组件(1)和毫米波测距组件(2)一并安装在伺服机构(3)上；所述伺服机构(3)用于驱动光电探测组件(1)和毫米波测距组件(2)；所述处理组件(4)用于处理光电探测组件(1)获取的图像信息，提取目标角位置信息，并控制毫米波测距组件(2)对已获得角位置信息的目标测距和/或测定径向速度。

【技术特征摘要】
1.一种光电毫米波三坐标搜索跟踪装置，所述装置在两种工作模式下工作：搜索模式和跟踪模式，其特征在于，所述装置包括：光电探测组件(1)、毫米波测距组件(2)、伺服机构(3)和处理组件(4)；所述光电探测组件(1)通过切换为搜索或跟踪模式进行目标的搜索或跟踪；所述毫米波测距组件(2)用于按照光电探测组件(1)给出的目标俯仰角，确定在俯仰向的一维相扫角，将雷达波束指向该角度方向，测定目标的距离和/或径向速度；所述光电探测组件(1)和毫米波测距组件(2)一并安装在伺服机构(3)上；所述伺服机构(3)用于驱动光电探测组件(1)和毫米波测距组件(2)；所述处理组件(4)用于处理光电探测组件(1)获取的图像信息，提取目标角位置信息，并控制毫米波测距组件(2)对已获得角位置信息的目标测距和/或测定径向速度。2.根据权利要求1所述的光电毫米波三坐标搜索跟踪装置，其特征在于，所述毫米波测距组件(2)能够在俯仰向进行一维相扫，所述毫米波测距组件(2)包括：发射/接收天线(11)和毫米波发射/接收组件(12)。3.根据权利要求1所述的光电毫米波三坐标搜索跟踪装置，其特征在于，所述伺服机构(3)包括：俯仰组件(5)和方位组件(6)；所述俯仰组件(5)用于承载光电探测组件(1)和毫米波测距组件(2)，并驱动光电探测组件(1)和毫米波测距组件(2)在俯仰向进行跟踪目标，以及确定光电探测组件(1)在搜索时的俯仰角；所述方位组件(6)用于承载俯仰组件(5)，并驱动光电探测组件(1)进行方位向搜索，以及驱动光电探测组件(1)和毫米波测距组件(2)在方位向进行跟踪目标。4.根据权利要求1所述的光电毫米波三坐标搜索跟踪装置，其特征在于，所述装置在扫描搜索过程中会出现光电探测器运动图像模糊，当采用前置反射镜进行图像运动补偿时，所述光电探测组件(1)包括：光学窗口(7)、搜索跟踪切换反射镜(8)、光学系统(9)和光电探测器(10)；其中：所述光学窗口(7)是光电探测组件(1)的保护窗口，所述光学窗口(7)的透光波段与光电探测组件(1)的工作波段一致；所述光学窗口(7)与毫米波测距组件(2)并列安装在同一侧；所述搜索跟踪切换反射镜(8)，用于将透过光学窗口(7)的光波反射到光学系统(9)，所述搜索跟踪切换反射镜(8)包括：反射镜和伺服控制组件；所述伺服控制组件通过调整反射镜的反射角度实现该装置搜索和跟踪模式的切换，通过实时控制搜索跟踪切换反射镜(8)进行小范围摆动来补偿该装置的光电探测组件(1)在搜索模式时因快速搜索带来的目标成像在光电探测器(10)光敏面上的运动，使光电探测器(10)在积分期间能清晰成像；所述光学系统(9)，用于汇聚搜索跟踪切换反射镜(8)反射过来的目标光信号，将其聚焦成像到光电探测器(10)的光敏面上；所述光电探测器(10)用于将光学系统(9)汇聚的目标光信号转换为目标电信号，并将该目标电信号传递到处理组件(4)进行处理。5.根据权利要求1所述的光电毫米波三坐标搜索跟踪装置，其特征在于，所述装置在扫描搜索过程中出现光电探测器运动图像模糊时，当采用后置光学回扫镜进行图像运动补偿时，所述光电探测组件(1)包括：光学窗口(7)、搜索跟踪切换反射镜(8)、光学系统(9)、光学回扫镜(13)和光电探测器(10)；所述光学窗口(7)是光电探测组件(1)的保护窗口，所述光学窗口(7)的透光波段与光电探测组件(1)的工作波段一致；所述光学窗口(7)与毫米波测距组件(2)并列安装在同一侧；所述搜索跟踪切换反射镜(8)，用于将透过光学窗口(7)的光波反射到光学系统(9)，包括：反射镜和伺服控制组件；所述伺服控制组件通过调整反射镜的反射角度实现该装置搜索和跟踪模式的切换；所述光学系统(9)，用于汇聚搜索跟踪切换反射镜(8)反射过来的目标光信号，将其聚焦成像到光电探测器(10)的光敏面上；所述光学回扫镜(13)用于通过自身小范围摆动来补偿光电探测组件(1)在搜索模式时因快速搜索带来的目标成像在光电探测器10光敏面上运动，使光电探测器(10)在积分期间能清晰成像；所述光电探测器(10)用于将光学系统(9)汇聚的目标光信号转换为目标电信号，并将目标电信号传递到处理组件(4)进行处理。6.根据权利要求1所述的光电毫米波三坐标搜索跟踪装置，其特征在于，所述装置扫描搜索过程中出现光电探测器运动图像模糊时，当采用电子运动补偿方法时，所述光电探测组件(1)包括：光学窗口(7)、搜索跟踪切换反射镜(8)、光学系统(9)和光电探测器(10)；所述光学窗口(7)是光电探测组件(1)的保护窗口，所述光学窗口(7)的透光波段与光电探测组件(1)的工作波段一致；所述光学窗口(7)与毫米波测距组件(2)安装在同一侧；所述搜索跟踪切换反射镜(8)，用于将透过光学窗口(7)的光波反射到光学系统(9)，包括：反射镜和伺服控制组件；所述伺服控制组件通过调整反射镜反射角度实现该装置搜索和跟踪模式的切换；所述光学系统(9)，用于汇聚搜索跟踪切换反射镜(8)反射过来的目标光信号，将其聚焦成像到光电探测器...

【专利技术属性】
技术研发人员：王全喜，杨军，李庶中，孙健，李越强，沈宏，李洁，赵东伟，鉴福生，
申请(专利权)人：中国人民解放军九二二三二部队，北京顶亮科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11