一种机载双波段光电广域侦察与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机载双波段光电广域侦察与跟踪装置，所述装置包括：光电转塔(1)；所述光电转塔(1)包括：可见光电视(3)、红外热像仪(4)、陀螺组件(5)、伺服模块(6)、测角模块(9)、控制管理模块(10)、图像处理与跟踪模块(11)和通信接口模块(12)；所述伺服模块(6)用于驱动光电转塔(1)的瞄准线搜索或跟踪目标；所述测角模块(9)用于测量伺服模块(6)的角位置，确定瞄准线的实时指向；所述控制管理模块(10)用于控制光电转塔(1)在广域搜索模式和跟踪监视模式之间的切换；接收所述图像处理与跟踪模块(11)与测角模块(9)的数据，进行数据处理；并发送到伺服模块(6)和所述图像处理与跟踪模块(11)。

【技术实现步骤摘要】
一种机载双波段光电广域侦察与跟踪装置及方法
本专利技术涉及机载光电侦察、跟踪监视
，特别涉及一种机载双波段光电广域侦察与跟踪装置及方法，能够实现对海面和地面目标进行快速成像搜索和稳定跟踪，大幅度提高了其在海上和地面搜索救援中的使用效能。
技术介绍
面对海上日益增多的搜索救援任务，通过在机载平台上装备的机载光电探测设备可望显著提高对海面和地面目标的搜救能力。目前，可装备无人机、直升机、中高速固定翼飞机的机载光电探测设备一般是采用球形结构的光电转塔，配备可见光摄像和红外热像仪作为成像探测设备、激光测距仪作为距离测量设备。现有机载光电探测设备存在的主要问题是：1、机载光电探测设备功能单一。具备对海面和地面目标的跟踪监视的机载光电探测设备不具备快速搜索能力，而执行侦察行动任务的机载光电侦察系统只考虑如何大范围快速成像探测，不具备目标跟踪功能。2、基于光敏胶片的机载远程倾斜相机(LongRangeObliquePhotography(LOROP)是为应对高空远距离快速获取敌方大范围区域图像需求而发展起来的，可在距离目标区外10～50海里获得清晰高分辨率图片。随着光电成像探测器的成熟，逐步采用光电成像探测器替代光敏胶片。此类机载光电侦察系统主要特征：长光学焦距+扫描成像。例如U.S.Pat.No.6,366,734B1、U.S.Pat.No.6,374,047B1、U.S.Pat.No.6,477,326B1、U.S.Pat.No.6,694,094B2、U.S.Pat.No.6,658207B1这组专利公布的采用卡塞格林光学系统的可见光和红外波段的双波段机载侦察系统，优选特例中，中波红外焦距为1270mm(2.7°×2.7°)，可见光可在1270mm(2.7°×2.7°)、1829mm(1.58°×1.58°)、2134mm(1.35°×1.35°)三个焦距选一。但这类系统使用高度为中高空，故只能在云少或无云层遮挡的良好天气下使用，若在云层下(如飞高1000米以下)使用，因焦距长、视场小，飞行速度V与飞行高度H的比值V/H(速高比)过大，造成漏扫。这难以满足要求能在各种天气下进行对海或对陆搜索救援的需求。3、以前机载光电侦察系统快速扫描成像的扫描方式主要有两种：一种是光电成像设备的瞄准线扫描方向与飞机航向一致，对成像区域扫描是通过飞机前进实现的推扫式扫描，另一种是在保持飞机前向运动的同时，光电成像探测设备瞄准线沿垂直于飞机航向的方向重复进行左右运动扫描来实对成像区域扫描的摆扫式扫描。由于摆扫式扫描扩大了扫描成像的范围，搜索效率高，是以前侦察系统主要采用的一种扫描成像方式。但摆扫式扫描的不足在于：在飞机前向运动时，因光电成像探测设备瞄准线垂直于飞机航向左右运动扫描，使其距被探测目标的距离在不停地变化，导致设备探测获得的图像的成像分辨率随左右扫描角变化而不停的变化。这给机载侦察系统带来不利影响，特别是对海搜索时，需要探测的目标或大或小，分辨率不停变化可能导致对探测目标的漏警，降低了机载侦察系统的广域侦察能力和效率。同时，获得的分辨率不停变化的图像也不利于后期对探测区域的图像整合和处理。为实现等分辨率扫描成像，以前的机载侦察系统，如U.S.Pat.No.6,130,705利用扫描成像的多幅连续图像和飞机INS/GPS信息或其它信息计算出系统至目标的距离，使用该距离值来驱动变焦镜头至合适的焦距来达到要求的分辨率。但该方法不足在于要求系统时刻调节瞄准线左右运动的扫描速率，以避免出现漏扫。4、还有与执行空中侦察相关的一个重要问题是运动补偿。所谓运动补偿，是指在光电成像探测设备在其光电成像探测器积分期间(或者说是曝光期间)，通过机械或电子手段，消除飞机运动和瞄准线扫描带来的目标在光电成像探测器光敏面上成像点的移动，实现对目标的清晰成像。目前，应用于机载侦察系统中的运动补偿技术体制主要有两种，具体如下：1)回扫步进－凝视系统。在该系统中，万向架伺服系统驱动光电成像探测设备的瞄准线连续不停地扫描运动，在光电成像探测器积分期间，万向架伺服系统运动由一个回扫镜来补偿。因此，该回扫镜是在积分期间启动，而且其运动方向与万向架伺服系统扫描方向相反，以实现光电成像探测设备的瞄准线指向维持不动。例如，U.S.Pat.Pub.No.:US2013/0142500A1所述系统采用两个独立的回扫镜来分别补偿飞机运动和垂直于飞机航向的左右扫描运动，U.S.Pat.No.:8,928,750B所述系统采用一个具有两维自由度的回扫镜来同时补偿飞机运动和垂直于飞机航向的左右扫描运动。不足在于，需要额外增加软硬件设施，增加了系统体积重量和成本，降低了可靠性。2)电子运动补偿系绕，也可称为时间延迟积分(TDI)运动补偿系统。在该系统中，万向架伺服系统驱动光电成像探测设备的瞄准线连续不停地扫描运动，在光电成像探测器积分期间，通过光电成像探测器的读出电路控制像元中的电荷沿扫描方向移动到下一个邻近像元，电荷移动速率与在光敏面上的成像点的移动速率相等，以此来补偿扫描运动。这是在U.S.Pat.No.5,155,597和U.S.Pat.No.6,256,057中所述的方法。由于该方法是在光电成像探测器内以处理算法实现的，无附加尺寸和重量代价。不足在于，电子运动补偿只适用于电荷耦合器件(CCD)，目前的面阵红外焦平面器件和互补金属氧化物半导体(CMOS)器件不能采用该技术。因此，目前采用的运动补偿技术不足在于主要只补偿飞机前向运动和垂直于飞机航向的左右扫描运动带来的像模糊，未针对使用的器件类型，选择相应的运动补偿技术体制，造成系统体积重量大、成本高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服目前机载侦察系统存在的上述缺陷，提出一种采用转塔结构形式的机载双波段光电侦察与跟踪装置，在保留其常规的跟踪监视能力的同时，实现在两个以上光波段分别或同时实现成像扫描搜索。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种机载双波段光电广域侦察与跟踪装置，所述装置包括：光电转塔1；所述光电转塔1包括：可见光电视3、红外热像仪4、陀螺组件5、伺服模块6、测角模块9、控制管理模块10、图像处理与跟踪模块11和通信接口模块12；其特征在于，所述可见光电视3，用于对可见光和近红外波段进行探测成像；所述红外热像仪4，用于对中波红外或长波红外波段进行探测成像；所述陀螺组件5，用于检测内环万向架7和外环万向架8摇摆时的姿态变化速率，用于控制伺服模块6实现稳定瞄准线；所述伺服模块6，用于接收控制管理模块10的数据，驱动光电转塔1的瞄准线搜索或跟踪目标；所述测角模块9，用于测量伺服模块6的角位置，确定瞄准线的实时指向，并发送到所述控制管理模块10；所述图像处理与跟踪模块11，用于对可见光电视3和红外热像仪4获取的图片和/或视频进行处理，包括：目标检测、甄别、关联和目标位置计算；并将处理后的数据发送到所述控制管理模块10；所述通信接口模块12用于将机载惯导13提供的导航信息发送给所述控制管理模块10；所述控制管理模块10，用于控制光电转塔1在广域搜索模式和跟踪监视模式两种工作模式间的切换、接收所述图像处理与跟踪模块11与测角模块9的数据，进行数据处理；并发送到伺服模块6和所述图像处理与跟踪模块11。上述技术方案中，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机载双波段光电广域侦察与跟踪装置，所述装置包括：光电转塔(1)；所述光电转塔(1)包括：可见光电视(3)、红外热像仪(4)、陀螺组件(5)、伺服模块(6)、测角模块(9)、控制管理模块(10)、图像处理与跟踪模块(11)和通信接口模块(12)；其特征在于，所述可见光电视(3)，用于对可见光和近红外波段进行探测成像；所述红外热像仪(4)，用于对中波红外或长波红外波段进行探测成像；所述陀螺组件(5)，用于检测内环万向架(7)和外环万向架(8)摇摆时的姿态变化速率，用于控制伺服模块(6)实现稳定瞄准线；所述伺服模块(6)，用于接收控制管理模块(10)的数据，驱动光电转塔(1)的瞄准线搜索或跟踪目标；所述测角模块(9)，用于测量伺服模块(6)的角位置，确定瞄准线的实时指向，并发送到所述控制管理模块(10)；所述图像处理与跟踪模块(11)，用于对可见光电视(3)和红外热像仪(4)获取的图片和/或视频进行处理，包括：目标检测、甄别、关联和目标位置计算；并将处理后的数据发送到所述控制管理模块(10)；所述通信接口模块(12)用于将机载惯导(13)提供的导航信息发送给所述控制管理模块(10)；所述控制管理模块(10)，用于控制光电转塔(1)在广域搜索模式和跟踪监视模式两种工作模式间的切换；接收所述图像处理与跟踪模块(11)与测角模块(9)的数据，进行数据处理；并发送到伺服模块(6)和所述图像处理与跟踪模块(11)。...

【技术特征摘要】
1.一种机载双波段光电广域侦察与跟踪装置，所述装置包括：光电转塔(1)；所述光电转塔(1)包括：可见光电视(3)、红外热像仪(4)、陀螺组件(5)、伺服模块(6)、测角模块(9)、控制管理模块(10)、图像处理与跟踪模块(11)和通信接口模块(12)；其特征在于，所述可见光电视(3)，用于对可见光和近红外波段进行探测成像；所述红外热像仪(4)，用于对中波红外或长波红外波段进行探测成像；所述陀螺组件(5)，用于检测内环万向架(7)和外环万向架(8)摇摆时的姿态变化速率，用于控制伺服模块(6)实现稳定瞄准线；所述伺服模块(6)，用于接收控制管理模块(10)的数据，驱动光电转塔(1)的瞄准线搜索或跟踪目标；所述测角模块(9)，用于测量伺服模块(6)的角位置，确定瞄准线的实时指向，并发送到所述控制管理模块(10)；所述图像处理与跟踪模块(11)，用于对可见光电视(3)和红外热像仪(4)获取的图片和/或视频进行处理，包括：目标检测、甄别、关联和目标位置计算；并将处理后的数据发送到所述控制管理模块(10)；所述通信接口模块(12)用于将机载惯导(13)提供的导航信息发送给所述控制管理模块(10)；所述控制管理模块(10)，用于控制光电转塔(1)在广域搜索模式和跟踪监视模式两种工作模式间的切换；接收所述图像处理与跟踪模块(11)与测角模块(9)的数据，进行数据处理；并发送到伺服模块(6)和所述图像处理与跟踪模块(11)。2.根据权利要求1所述的机载双波段光电广域侦察与跟踪装置，其特征在于，所述装置还包括：显示操控模块(2)，与所述通信接口模块(12)相连，用于显示光电转塔(1)获取的视频图像、工作状态，接收操作员操作控制指令，完成图像处理与计算。3.根据权利要求1或2所述的机载双波段光电广域侦察与跟踪装置，其特征在于，所述可见光电视(3)包括：可透过可见光和近红外的光学镜头(14)和具备TDI运动补偿能力的CCD摄像机(15)，所述CCD摄像机(15)采用大面阵CCD探测器，电荷读出是沿着垂直方向进行，能在垂直方向双端进行电荷输出，CCD摄像机(15)的垂直方向沿所述光电转塔(1)方位扫描方向布置，使TDI运动补偿方向与所述光电转塔(1)沿方位扫描方向一致。4.根据权利要求1或2所述的机载双波段光电广域侦察与跟踪装置，其特征在于，所述红外热像仪(4)包括：可透过中波红外或长波红外的红外光学镜头(19)、反光镜(20)、光学回扫镜(21)和红外焦平面探测器(22)；所述光学回扫镜(21)能在红外焦平面探测器(22)积分期间进行摆扫，摆扫与光电转塔(1)方位扫描一致，但摆扫方向与扫描方向相反。5.根据权利要求1或2所述的机载双波段光电广域侦察与跟踪装置，其特征在于，所述伺服模块(6)包括：内环万向架(7)和外环万向架(8)，二者构成两轴四框架稳定平台；所述内环万向架(7)包括内俯仰环架和内方位环架，其中，可见光电视(3)、红外热像仪(4)安装在内环万向架(7)...

【专利技术属性】
技术研发人员：王全喜，陆红强，李庶中，张璟玥，蒋世洲，李跃强，雷亮，陈鸣，霍丽烨，白陶艳，高雅，赵东伟，
申请(专利权)人：中国人民解放军九二二三二部队，西安应用光学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11