自动控制的反海盗高压含沙水炮系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种自动控制的反海盗高压含沙水炮系统及方法，所述系统由目标坐标测定仪、含沙高压水炮、控制手柄和大视场望远式光学搜索镜组成，并布置于船只甲板的防御区域；其中，目标坐标测定仪由控制主机和控制箱组成；在目标坐标测定仪内部，通信模块、变焦驱动模块、图像融合和取差模块、伺服计算机、激光测距模块和主控计算机通过总线连接，控制手柄和光学搜索镜作为外部设备通过总线连接主控计算机；观瞄镜采集的视频信息由主控计算机转换为控制箱显示屏要求的视频格式，发送给显示屏显示；控制箱通信模块连接含沙高压水炮。本发明专利技术充分利用光电技术对海盗船和海盗的信息捕获和处理，实现了对海盗劫掠行为具有威慑力的积极主动防御。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于用于保护远洋航运船只抵御海盗劫掠的综合防御技术，特别是一种自 动控制的反海盗高压含沙水炮系统及方法。
技术介绍
目前，由于海盗活动的日益猖獗，大中型商船、货船和油轮等远洋运输船只的安全 问题开始得到国际间的广泛关注。由于这些船只的商业性质和国际法以及途经国家法律的 限制，不可能配备武装人员护卫或装备武器系统以保护自身安全。而随着海盗活动区域的 不断加大加剧，即使在索马里海域有各国海军舰队护航，其护航“盲区”亦日益凸显。因此， 立足于船舶自卫的自防自救、加强防海盗训练和演练，仍是航运船只防御海盗劫掠的基本 点。目前常用的措施有(1)以持续的雷达观测配合正规了望搜寻可疑目标，争取尽早发现 海盗船；( 利用不规则航路及加快船速争取摆脱海盗船的跟踪；C3)利用消防皮龙以及燃 烧瓶、石灰瓶和火把等自制投掷物阻止海盗靠近；(4)利用太平斧、木棒、刀具和其他工具， 解除海盗的绳梯挂钩，阻止海盗登船。以上措施对防御海盗袭击具有一定效果，中国“富强”号货轮曾以此成功击退海盗 三次袭击。但是，现代海盗往往装备有一定的轻重武器，其船只轻便、快速，机动性很强。航 运船只常用的防御措施还基本属于被动防御，其成效受多种条件制约，成功可能性很小。依 靠皮龙、燃烧瓶等简易工具正面抵抗手持武器的海盗，无法保障船员们的生命安全。防御措 施的攻击性不强，很难对海盗形成心理威慑，更难以打击其嚣张气焰。因此，适用于远洋航运船只反海盗需求的系统，其基本要求是(1)不能是正规的 武器或武器系统；(2)只能是防御性质；(3)要具有操作安全性，在保证自身安全的情况下 进行反海盗活动；(4)对海盗有一定威慑力和杀伤力，但不宜致命。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具备威慑力和近距离杀伤力的自动控制高压含沙水 炮，并配备具有光电探测和导引、图像融合及处理、自动跟踪控制以及光电通信等功能的目 标坐标测定仪的反海盗综合防御系统及方法。实现本专利技术目的的技术解决方案为一种自动控制的反海盗高压含沙水炮系统， 由目标坐标测定仪、含沙高压水炮、控制手柄和大视场望远式光学搜索镜组成，并布置于船 只甲板的防御区域；其中，目标坐标测定仪由控制主机和控制箱组成，控制主机包括高低伺 服驱动模块、方位伺服驱动模块、伺服计算机、可见光CCD和红外热像仪组成的观瞄镜、变 焦驱动模块和激光测距模块，控制箱包括图像融合及取差模块、主控计算机、显示屏、嵌入 式键盘和通信模块；在目标坐标测定仪内部，通信模块、变焦驱动模块、图像融合和取差模 块、伺服计算机、激光测距模块和主控计算机通过CAN总线连接，控制手柄和光学搜索镜作 为外部设备通过CAN总线连接主控计算机；观瞄镜采集的视频信息由主控计算机转换为控 制箱显示屏要求的视频格式，发送给显示屏显示；控制箱通信模块通过MODEM连接含沙高4压水炮；数字光学搜索镜作为目标导引装置，由操作手手持观瞄，搜索可疑目标，在发现目 标后实施人工跟踪，使目标影像始终保持在搜索镜视场内，并通过搜索镜配置的微型三轴 陀螺仪实时输出搜索镜姿态角信息，发送给目标坐标测定仪的主控计算机接收；控制手柄摇动时输出的位置信息发送给目标坐标测定仪的主控计算机，主控计算 机将其转发给伺服计算机接收，完成对目标坐标测定仪的控制；主控计算机根据目标坐标测定仪姿态信息和搜索镜姿态角信息，在显示屏上生成 目标引导标识；操作手根据引导标识，利用控制手柄发送控制命令给主控计算机，主控计算 机将控制命令转发给伺服计算机，以控制方位/高低伺服模块驱动观瞄镜随动于数字光学 搜索镜，将目标影像导入观瞄镜视场并稳定于视场中心；同时操作手通过控制手柄的变焦 按钮发送控制命令给主控计算机，主控计算机控制变焦驱动模块使目标影像清晰和显示位 置理想；此时通过控制手柄的锁定按钮发出目标锁定指令，即进入自动跟踪；目标坐标测 定仪的图像融合模块对可见光CCD和红外热像仪采集的两路视频信息进行融合，图像取差 模块实现目标与背景的分离，提取目标信息并计算目标与观瞄镜分划中心的偏差值；目标坐标测定仪的伺服计算机根据控制算法驱动高低/方位伺服模块不断随动 以补偿此偏差值，使观瞄镜分划中心紧跟目标影像；同时操作手按下控制手柄的测距按钮， 发送控制命令给主控计算机，该主控计算机发出测距逻辑，控制激光测距模块量测与目标 距离自动跟踪时，主控计算机根据图像取差信息、伺服模块反馈信息和激光测距信息， 实时解算目标位置和速度，建立目标航路诸元，并通过通信模块将诸元信息发送给含沙高 压水炮。本专利技术与现有技术相比，其显著优点本专利技术作为远洋航运船只的反海盗防御系 统，相比于现在的防御技术，其最大的优点在于将高压含沙水炮设计为一类分布式的、自动 控制、具备一定攻击强度和杀伤力的智能化防御节点。其充分利用光电技术对海盗船和海 盗的信息捕获和处理，实现了对海盗劫掠行为具有威慑力的积极主动防御，从而彻底改变 目前反海盗手段落后，措施单一，人员伤亡概率高的局面。其优点可具体阐述为(1)多手段探测目标，增加防御反应时间。由于海面情况复杂，船载雷达在目标 探测时会存在错、漏的情况。而本系统将雷达探测目标与人工操作的大视场数字光学搜索 镜搜索目标相配合，且配备了红外热像仪，可昼夜进行雷达与光学搜索，提高了目标发现概 率，增加了防御反应时间；(2)准确跟踪目标，为积极防御创造条件。从发现海盗到海盗船靠近本船一般要间 隔十数分钟。期间船员除了准备一些必要防御工具和隐蔽遮挡物外，只能被动等待海盗船 靠近发起进攻。而本系统在以上准备之外，还通过可见光、红外热像仪的图像融合和图像取 差技术在各种条件下对海盗船进行准确跟踪，建立其稳定连续的航路信息，为实施主动防 御提供准备；(3)精确定位目标，主动防御准确打击。由于获取了海盗船准确的航路信息，高压 含沙水炮可以在其伺服模块的控制下，准确打击目标。海盗必须登船才能控制船只，而高压 含沙水炮射程可达30米-100米，其攻击将会有效阻止对方靠近，甚至打翻其船只，对海盗 产生极大的威慑力；(4)自动化程度高，分布式布置，有效降低人员可能的伤亡。航运船只在遭受海盗 攻击时，需要船员借助消防皮龙和燃烧瓶等投掷物与海盗面对面交锋，很难保证船员生命 安全。而本系统的高压含沙水炮与目标坐标测定仪构成分布式布置的防御网络，海盗船的 航路信息通过通信网络实现共享；各门水炮根据海盗船航路信息解算最佳射击诸元，实现 自动控制的单门独立攻击或多门联合攻击，整个过程无需人工操作，极大地保证了船员的 生命安全。下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。 附图说明图1是本专利技术的系统功能结构图。图2是本专利技术的主控制系统工作流程图。图3是本专利技术的目标坐标测定仪的控制主机原理示意图。 图4是本专利技术的高压含沙水炮原理示意图。图5是本专利技术的水炮控制方法说明图。图6是本专利技术的系统通信结构图。具体实施例方式结合图1、图2和图3，本专利技术自动控制的反海盗高压含沙水炮系统，由目标坐标 测定仪、含沙高压水炮、控制手柄和大视场望远式光学搜索镜组成，并布置于船只甲板的防 御区域；其中，目标坐标测定仪由控制主机和控制箱组成，控制主机包括高低伺服驱动模块 1、方位伺服驱动模块2、伺服计算机3、可见光CXD和红外热像仪组成的观瞄镜4、变焦驱动 模块5和激光本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种自动控制的反海盗高压含沙水炮系统，其特征在于由目标坐标测定仪、含沙高压水炮、控制手柄和大视场望远式光学搜索镜组成，并布置于船只甲板的防御区域；其中，目标坐标测定仪由控制主机和控制箱组成，控制主机包括高低伺服驱动模块［１］、方位伺服驱动模块［２］、伺服计算机［３］、可见光ＣＣＤ和红外热像仪组成的观瞄镜［４］、变焦驱动模块［５］和激光测距模块［６］，控制箱包括图像融合及取差模块、主控计算机、显示屏、嵌入式键盘和通信模块；在目标坐标测定仪内部，通信模块、变焦驱动模块、图像融合和取差模块、伺服计算机、激光测距模块和主控计算机通过ＣＡＮ总线连接，控制手柄和光学搜索镜作为外部设备通过ＣＡＮ总线连接主控计算机；观瞄镜［４］采集的视频信息由主控计算机转换为控制箱显示屏要求的视频格式，发送给显示屏显示；控制箱通信模块通过ＭＯＤＥＭ连接含沙高压水炮；数字光学搜索镜作为目标导引装置，由操作手手持观瞄，搜索可疑目标，在发现目标后实施人工跟踪，使目标影像始终保持在搜索镜视场内，并通过搜索镜配置的微型三轴陀螺仪实时输出搜索镜姿态角信息，发送给目标坐标测定仪的主控计算机接收；控制手柄摇动时输出的位置信息发送给目标坐标测定仪的主控计算机，主控计算机将其转发给伺服计算机［３］接收，完成对目标坐标测定仪的控制；主控计算机根据目标坐标测定仪姿态信息和搜索镜姿态角信息，在显示屏上生成目标引导标识；操作手根据引导标识，利用控制手柄发送控制命令给主控计算机，主控计算机将控制命令转发给伺服计算机［３］，以控制方位／高低伺服模块驱动观瞄镜［４］随动于数字光学搜索镜，将目标影像导入观瞄镜视场并稳定于视场中心；同时操作手通过控制手柄的变焦按钮发送控制命令给主控计算机，主控计算机控制变焦驱动模块［５］使目标影像清晰和显示位置理想；此时通过控制手柄的锁定按钮发出目标锁定指令，即进入自动跟踪；目标坐标测定仪的图像融合模块对可见光ＣＣＤ和红外热像仪采集的两路视频信息进行融合，图像取差模块实现目标与背景的分离，提取目标信息并计算目标与观瞄镜分划中心的偏差值；目标坐标测定仪的伺服计算机根据控制算法驱动高低［１］／方位［２］伺服模块不断随动以补偿此偏差值，使观瞄镜［４］分划中心紧跟目标影像；同时操作手按下控制手柄的测距按钮，发送控制命令给主控计算机，该主控计算机发出测距逻辑，控制激光测距模块［６］量测与目标距离；自动跟踪时，主控计算机根据图像取差信息、伺服模块反馈信息...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：薄煜明，邹卫军，杜国平，陈帅，吴盘龙，张捷，朱建良，王向民，洪广平，朱岩，王筱莉，赵高鹏，陈益，刘娣，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]