【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及智能预警，特别是涉及一种多波段周扫式搜跟一体光电预警识别系统。
技术介绍
1、现役的大部分防空反导武器系统都依赖于雷达系统对目标的探测跟踪。但是，随着无人机技术的不断发展与应用，这类“低、慢、小”目标对雷达探测技术提出了极高的要求。随着雷达对此类目标的探测虚警率不断升高，各国也在寻找相应的解决措施，采用光电探测技术的光电预警系统可以作为雷达的补充手段，有效监测这类低空飞行目标。
2、目前各国的搜索预警系统主要以红外波段成像手段为主，平台则包括地基、车载、机载、舰载等。红外工作波段多为3μm~5μm（中波）及8μm~12μm（长波）。从工作方式来看，方位搜索多采用扫描头360°旋转扫描，俯仰搜索采用固定式、螺旋式或步进式来覆盖。系统的角分辨率优于1mrad，探测距离多为3km~15km。比较典型的型号装备包括：荷兰“天狼星”搜索跟踪系统和法国“旺皮尔”系列。荷兰“天狼星”搜索跟踪系统拥有长波红外和中波红外探测器，其成像系统安装在转台上，转台能够进行水平方向360°旋转并能够在一定范围内调节俯仰角度，系统工作时，通过3~5微米和8~12微米的红外探测器进行信号采集，并将得到的数据传输到信号处理系统中。如果信号处理系统发现采集的红外图像数据中有可疑目标，则会令系统跟踪该可疑目标，根据目标的特征对其进行识别以判断是否属于有威胁目标，是否需要发出警报；如果未发现可疑目标，系统则会按原有方式进行扫描、搜索。法国“旺皮尔”系列部署在舰上，昼夜均可工作，它能自动搜索跟踪掠海飞行导弹、飞机和直升机等空中目标，向舰载武器系
3、目前国内外的光电预警系统大多存在以下缺点：
4、（1）一般只采用中波红外或非制冷长波红外波段探测器，探测波段单一，由于红外探测器的靶面尺寸较小，因此成像的分辨率较低，不利于对目标的准确识别；
5、（2）缺乏定位手段，只能提供目标的角度信息，无法定位目标，不能快速和防卫系统衔接，为防卫系统提供目标准确的位置信息；
6、（3）集成小型雷达作为辅助手段，这种形式虽然同时发挥了光学和雷达的优势，但也放弃了光学被动测量的优势，容易被对方的无线电探测手段发现，隐蔽性不佳；
7、（4）采用内拼接提高监测视场的方法，该方法虽然通过光学设计的方法增大了视场，但相应的需要采用多个探测器进行内拼接，而红外探测器的成本较高，这就极大的增加了整套系统的成本、体积和重量，而很多应用对成本控制以及设备体积重量都有严苛的要求，所以应用的场景受限。
技术实现思路
1、针对现有的光电预警系统存在的问题，本专利技术提出一种多波段周扫式搜跟一体光电预警识别系统，主要用于对多种飞行目标进行快速搜索、稳定跟踪和准确识别定位。该系统采用多波段光电探测技术，通过可见光周扫成像分系统、红外周扫成像分系统、激光测距分系统的组合应用，获取目标的多波段特征信息以及位置、速度等运动特性信息，从而实现对目标的全天时、全方位多波段监测和识别。
2、为解决上述问题，本专利技术采取如下的技术方案：
3、一种多波段周扫式搜跟一体光电预警识别系统，包括可见光周扫成像分系统、红外周扫成像分系统、激光测距分系统、精密跟踪架、伺服控制分系统和图像数据处理分系统，所述可见光周扫成像分系统和所述红外周扫成像分系统中均包括用于补偿运动像移的摆镜；
4、所述精密跟踪架采用双轴高精度球型跟踪架，包括方位轴系和俯仰轴系，所述方位轴系包括圆柱直筒状的底座、位于所述底座内的方位轴、安装在所述方位轴顶部的编码器和力矩电机以及位于所述底座上方并由所述力矩电机驱动转动的叉臂式外框支架；所述俯仰轴系采用球环结构，球环结构的内部为环形龙骨结构，外部为由两块内环薄壁外壳安装在环形龙骨上组成的球形壳体，并在光学窗口处开窗，俯仰轴的两侧轴头分别安装编码器和力矩电机，所述可见光周扫成像分系统、所述红外周扫成像分系统和所述激光测距分系统安装在球形壳体的内部；
5、所述伺服控制分系统接收各个编码器发送的实时角度值，并采用包括位置控制回路、速度控制回路、电流控制回路的三闭环控制回路控制所述方位轴系和所述俯仰轴系中的力矩电机进行转动，满足不同工作模式的要求；
6、在搜索预警模式下，所述伺服控制分系统驱动所述方位轴系中的力矩电机匀速转动，同时控制摆镜进行扫摆，所述可见光周扫成像分系统和所述红外周扫成像分系统分别输出图像序列至所述图像数据处理分系统，所述图像数据处理分系统记录图像序列原始数据并分别从可见光和红外图像序列中提取目标，输出各目标的预警信息，包括各目标的时间、方位角度和俯仰角度，同时还将图像序列分别依次拼接形成360°可见光全景监测图像和360°红外全景监测图像，并在全景监测图像中标注出目标的航迹；
7、从搜索预警模式切换至跟踪详查模式后，所述图像数据处理分系统使用搜索预警模式下获得的方位角度和俯仰角度计算目标脱靶量，所述伺服控制分系统根据目标脱靶量控制所述可见光周扫成像分系统和所述红外周扫成像分系统中的力矩电机转动，对目标进行跟踪，并使目标始终保持在视场中心；所述图像数据处理分系统根据所述可见光周扫成像分系统和所述红外周扫成像分系统跟踪采集的目标的连续图像序列，利用yolo算法分别识别出目标的类型；若目标的类型为虚警目标，则重新切换至搜索预警模式，若目标的类型为威胁目标，则切换至测量定位模式；
8、从跟踪详查模式切换至测量定位模式后，所述激光测距分系统开启，测量获得目标的距离信息，将目标的距离信息与方位角度、俯仰角度相结合，得到用作防空系统引导数据的目标位置信息。
9、本专利技术所提出的一种多波段周扫式搜跟一体光电预警识别系统适用于对重点区域的空中目标进行预警监测，具备搜索预警、跟踪详查和测量定位三种工作模式。通过搜索预警模式，发现监控预警范围内的无人机等低空飞行目标；通过跟踪详查模式，实现目标准确识别；通过测量定位模式，实现对目标的准确定位。该系统具有成本低、可靠性高、适应性强等特点，适合多点布站，并且可与现有防空系统进行无缝衔接，提升整体防空预警能力。本专利技术具有如下的有益效果：
10、（1）同时兼顾可见光与红外波段，例如中波红外波段等，能够在跟踪详查模式下，获取高分辨率的图像序列，依据高清图像序列进行目标识别；
11、（2）采用激光测距的方式，结合跟踪详查模式进行目标的准确定位，能够提供目标的准确位置信息，引导防卫设备；
12、（3）只采用被动测量的光学手段，监测目标自身辐射和太阳光反射能力，不会被无线电探测手段发现，隐蔽性强；
13、（4）通过周扫的方式进行光学成像，同一波段只需要一个探测器，降低了设备成本和体积重量，能够适应陆基、车载、船载的形式，扩展了该设备的应用场景。
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1.一种多波段周扫式搜跟一体光电预警识别系统，其特征在于，包括可见光周扫成像分系统（1）、红外周扫成像分系统（2）、激光测距分系统（3）、精密跟踪架（4）、伺服控制分系统和图像数据处理分系统，所述可见光周扫成像分系统（1）和所述红外周扫成像分系统（2）中均包括用于补偿运动像移的摆镜；
2.根据权利要求1所述的一种多波段周扫式搜跟一体光电预警识别系统，其特征在于，所述红外周扫成像分系统（2）为短波红外测量系统、中波红外周扫成像分系统、长波红外测量系统中的任意一种或者几种的组合。
3.根据权利要求2所述的一种多波段周扫式搜跟一体光电预警识别系统，其特征在于，所述红外周扫成像分系统（2）包括第二成像前组（2-1）、稳像模块、调焦镜（2-3）、第二成像后组（2-4）和中波红外探测器（2-5），所述稳像模块包括第二摆镜（2-2）及控制模块，所述第二摆镜（2-2）设置在所述第二成像前组（2-1）与所述调焦镜（2-3）之间，所述中波红外探测器（2-5）采用640×512分辨率碲铬汞制冷型中波红外焦平面探测器。
4.根据权利要求1所述的一种多波段周扫式搜跟一体
5.根据权利要求1所述的一种多波段周扫式搜跟一体光电预警识别系统，其特征在于，所述精密跟踪架（4）上设有采用航空插头的供电接口（5）和数据接口（6），所述数据接口（6）采用UDP/IP协议接口，用于传输目标外引导信息、绝对时间、测角信息、测距信息、图像数据和设备状态信息。
6.根据权利要求1所述的一种多波段周扫式搜跟一体光电预警识别系统，其特征在于，所述激光测距分系统（3）采用人眼安全波长的固体激光测距机。
7.根据权利要求1所述的一种多波段周扫式搜跟一体光电预警识别系统，其特征在于，所述方位轴系中的力矩电机选择峰值堵转力矩大于等于14.9Nm的直流力矩电机。
8.根据权利要求1所述的一种多波段周扫式搜跟一体光电预警识别系统，其特征在于，所述精密跟踪架（4）中的编码器采用24位绝对式编码器，24位绝对式编码器接收同步采样信号，将同步采样的实时角度值通过串口对外发送。
9.根据权利要求1所述的一种多波段周扫式搜跟一体光电预警识别系统，其特征在于，所述精密跟踪架（4）还包括以硅橡胶作为密封填料的负载仓。
10.根据权利要求1所述的一种多波段周扫式搜跟一体光电预警识别系统，其特征在于，所述伺服控制分系统的伺服控制范围为：
...【技术特征摘要】
1.一种多波段周扫式搜跟一体光电预警识别系统，其特征在于，包括可见光周扫成像分系统（1）、红外周扫成像分系统（2）、激光测距分系统（3）、精密跟踪架（4）、伺服控制分系统和图像数据处理分系统，所述可见光周扫成像分系统（1）和所述红外周扫成像分系统（2）中均包括用于补偿运动像移的摆镜；
2.根据权利要求1所述的一种多波段周扫式搜跟一体光电预警识别系统，其特征在于，所述红外周扫成像分系统（2）为短波红外测量系统、中波红外周扫成像分系统、长波红外测量系统中的任意一种或者几种的组合。
3.根据权利要求2所述的一种多波段周扫式搜跟一体光电预警识别系统，其特征在于，所述红外周扫成像分系统（2）包括第二成像前组（2-1）、稳像模块、调焦镜（2-3）、第二成像后组（2-4）和中波红外探测器（2-5），所述稳像模块包括第二摆镜（2-2）及控制模块，所述第二摆镜（2-2）设置在所述第二成像前组（2-1）与所述调焦镜（2-3）之间，所述中波红外探测器（2-5）采用640×512分辨率碲铬汞制冷型中波红外焦平面探测器。
4.根据权利要求1所述的一种多波段周扫式搜跟一体光电预警识别系统，其特征在于，所述可见光周扫成像分系统（1）包括沿光路依次设置的第一成像前组（1-1）、稳像模块、第一成像后组（1-3）和可见图像探测器（1-4），所述稳像模块包括第一摆镜（1...
【专利技术属性】
技术研发人员：高策，张艳超，宋聪聪，吴杰，余毅，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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