CN108170139A - 一种用于无人艇的光电多任务系统及执行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于无人艇的光电多任务系统及执行方法，涉及无人操作平台领域，该系统包括光电侦察模块，其用于侦察无人艇周围的环境信息并捕捉目标：对环境进行红外成像、对目标进行实时测距、对环境进行实时拍摄成像、对环境进行360°成像，调整单元用于调整光电侦察模块的侦察角度和方位；综合控制模块包括控制单元和图像处理单元，用于控制光电侦察模块，接收图像信息和光电侦察模块的状态信息，并向光电侦察模块发送控制信息，调整光电侦察模块的侦察角度和方位；显控模块，用于从综合控制模块获取视频信息和光电侦察模块的状态信息并进行显示，并向综合控制模块发送操作指令。本发明能够得到高质量现场图像并能执行多种任务。
Description
技术领域
本发明涉及无人操作平台领域，具体涉及一种用于无人艇的光电多任务系统及执行方法。
背景技术
近年来，无人技术凭借其机动性好，人身安全保障性高的优点，在航拍、侦察等领域得到广泛的应用，使得无人机、自动驾驶汽车、无人艇、无人海防高塔、无人哨所等无人平台得到了迅速发展，
其中，无人艇技术正在蓬勃发展，已被应用于巡逻警戒、武装对抗、人员搜救、水质监测等方面，用于执行危险或其他不适于人员到达现场操作的任务，能够有效保护人身安全、节省人力资源成本，具有重要的意义。
无人平台在运行时，需要使用光电设备作为“眼睛”，实时对周围环境进行监测并将图像传输至操作中心，使得操作人员在后方能够实时掌握无人平台现场环境并下发相应的指令。
目前的光电设备通常包括操控模块及与其相连接的成像模块、测距模块和目标跟踪模块，其中，成像模块、测距模块和目标跟踪模块通过电缆将其所采集的信息发送至操控模块，操控人员根据操控模块所接收的信息对目标进行成像观察、激光测距及图像跟踪等。
但是，现有的光电设备对目标的细节识别能力差，且在阴雨、大雾等外部能见度较差的气候条件下，成像效果较差，难以采集到清晰图像，影响工作人员对无人平台现场环境的辨析，而且功能相对单一，无法满足无人艇现场作业对执行综合任务的需求。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于无人艇的光电多任务系统及执行方法，能够得到高质量现场图像，根据需求能够执行多种任务。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种用于无人艇的光电多任务系统，包括：
一光电侦察模块，其用于侦察无人艇周围的环境信息并捕捉目标，所述光电侦察模块包括红外成像单元，激光测距单元、图像传感单元、全景成像单元和调整单元；所述红外成像单元用于对环境进行红外成像，所述激光测距单元用于对目标进行实时测距，所述图像传感单元用于对环境进行实时拍摄成像，所述全景成像单元用于对环境进行360°成像，所述调整单元用于调整光电侦察模块的侦察角度和方位；
一综合控制模块，其与所述光电侦察模块连接，用于控制所述光电侦察模块，所述综合控制模块包括控制单元和图像处理单元；所述控制单元用于接收光电侦察模块的状态信息，向光电侦察模块发送控制信息，控制红外成像单元，激光测距单元、图像传感单元和调整单元的运行，调整光电侦察模块的侦察角度和方位；所述图像处理单元用于接收红外成像单元和图像传感单元所采集的图像信息，从图像信息中提取目标，计算目标相对于光轴中心的偏差量，对图像信息进行处理得到视频信息；
一显控模块，其与综合控制模块相连接，用于从综合控制模块获取视频信息和光电侦察模块的状态信息，并向综合控制模块发送操作指令，综合控制模块将操作指令发送至光电侦察模块，光电侦察模块执行相应操作指令。
在上述技术方案的基础上，所述光电多任务系统的工作状态包括辅助航行状态、侦察取证状态和跟踪火控状态；
当所述光电多任务系统为辅助航行状态时，控制所述光电侦察模块的侦察方向为无人艇航行方向，同时，控制红外成像单元或图像传感单元对航向前方成像；
当所述光电多任务系统为侦察取证状态时，控制所述光电侦察模块变换侦察角度和方位至获取目标，并通过红外成像单元或图像传感单元对航向前方成像；
当所述光电多任务系统为跟踪火控状态时，所述光电侦察模块对目标进行跟踪并测距，输出目标的三维数据。
在上述技术方案的基础上，所述光电多任务系统与外部雷达、GPS/北斗、罗经进行通信；
所述光电多任务系统接收雷达信号，所述显控模块解析雷达目标信息并进行雷达目标的态势显示，根据雷达目标信息执行目标引导，调整光电侦察模块指向目标，对目标进行捕获与跟踪；
所述光电多任务系统接收GPS/北斗信号，解析无人艇当前的地理位置信息，所述显控模块显示地理位置信息并将该信息叠加至视频图像上进行视频存储，同时，解析GPS/北斗的时间信息用并校准系统；
所述光电多任务系统接收罗经信号，解析正北方向，用于目标相对位置与绝对位置的转换及态势信息的分析。
在上述技术方案的基础上，所述光电侦察模块还包括稳定单元，其用于隔离所述无人艇的震动。
在上述技术方案的基础上，所述红外成像单元、图像传感单元上均设置有焦距调整单元，用于调整所述红外成像单元、图像传感单元成像时的焦距。
在上述技术方案的基础上，所述光电侦察模块还包括清晰度调整单元，其用于调整所述红外成像单元，激光测距单元、图像传感单元的光学窗口至清晰。
一种采用上述系统的光电多任务执行方法，包括以下步骤：
选择光电多任务系统的工作状态：辅助航行状态、侦察取证状态和跟踪火控状态，调整光电侦察模块在当前工作状态下的侦察方向，侦察无人艇周围的环境信息并捕捉目标，发送至综合控制模块进行图像处理后，将处理后的图像和光电侦察模块的状态信息发送至显控模块，所述显控模块反馈操控信息至综合控制模块，综合控制模块根据操控信息控制所述光电侦察模块。
在上述技术方案的基础上，当所述光电多任务系统为辅助航行状态时，控制光电侦察模块的侦察方向为无人艇航行方向，同时，控制红外成像单元或图像传感单元对航向前方成像；无人艇高速航行时，光电多任务系统通过陀螺稳定功能保持瞄准线稳定，输出稳定的图像，供航行操作手进行参考；在拥挤航道、礁石浅滩等水域航行或出入港口时，通过全景成像单元对无人艇周边360°进行成像，探明周边形势，辅助无人艇躲避障碍物。
在上述技术方案的基础上，当所述光电多任务系统为侦察取证状态时，操作手通过操控杆单元控制光电侦察模块在方位和俯仰方向转动，手动搜索目标，发现可疑目标时可跟踪目标并对目标进行录像，当无人艇对可疑船只或危险区域抵进侦察时，全景成像单元配合红外成像单元，图像传感单元同时观察目标和周围环境，提供多视角图像信息。
在上述技术方案的基础上，当所述光电多任务系统为跟踪火控状态时，综合控制模块控制光电侦察模块对目标进行跟踪并测距，获取目标三维位置信息，火控单元根据目标三维位置信息和无人艇上配置的武器类型进行火控解算，输出射击诸元，引导武器对目标实施打击。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的一种用于无人艇的光电多任务系统，综合控制模块位于无人艇上，与光电侦察模块有线连接，目标跟踪、自稳定控制等在综合控制模块中执行，由于有线连接方式信息传输快速稳定，提高了跟踪和自稳定控制的实时性和稳定性。显控模块工作在远端，与综合控制模块无线连接，通过无线通信方式进行图像和数据的交互，图像、数据的显示及操控输入在显控模块中实现，完成侦察系统的远程操控。
(2)本发明的一种用于无人艇的光电多任务系统，光电侦察模块侦察无人艇周围的环境信息并捕捉目标后，先发送至综合控制模块进行图像处理和解析，然后经过视频编码转成网络视频后再传送至显控模块，能够合理利用无线传输带宽并提高图像传输质量。
(3)本发明的一种用于无人艇的光电多任务系统，红外成像单元，激光测距单元、图像传感单元和全景成像单元的光学窗口上均设置有光学防护单元，避免光学窗口被外部水雾、海盐等污染对成像质量和测距能力造成影响；清晰度调整单元通过向光电侦察模块中充入和排放气体，消除光电侦察模块中的水汽，防止相应光学窗口内侧凝结雾气对成像质量造成影响；同时，设置在相应光学窗口外侧的雨刮，能够刮除相应光学窗口外部的海水、雨水、雾气等，减少外部环境因素对成像造成的干扰，得到较清晰的图像。
(4)本发明的一种用于无人艇的光电多任务系统，红外成像单元、图像传感单元上均设置有焦距调整单元，用于调整红外成像单元、图像传感单元成像时的焦距，使得红外成像单元、图像传感单元在成像时，能够实现成像视场的连续变化，能够对目标的细节进行观察，特别是对于快速靠近或快速远离的目标，能够通过连续改变视场，使目标图像在整个视场中保持合适的比例，便于对目标细节进行观察。
(5)本发明的一种用于无人艇的光电多任务系统，全景成像单元结合红外成像单元或图像传感单元能够获取目标和周围环境多视角视频图像，激光测距模块获取目标距离，跟踪状态下测角单元获取目标角度信息，同时设备能够接收无人艇上雷达、GPS/GPS，罗经等设备信息，这些图像和信息均传输到显控模块进行显示，给远程操控人员提供充足的无人艇现场信息。
附图说明
图1为本发明实施例中用于无人艇的光电多任务系统的结构框图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1所示，本发明实施例提供一种用于无人艇的光电多任务系统，包括光电侦察模块、综合控制模块和显控模块，光电侦察模块与综合控制模块进行信息交互，综合控制模块和显控模块进行信息交互，本发明实施例中，光电侦察模块与综合控制模块有线连接，综合控制模块和显控模块无线连接。
光电侦察模块用于侦察无人艇周围的环境信息并捕捉目标，光电侦察模块包括红外成像单元、激光测距单元、图像传感单元、全景成像单元、调整单元和稳定单元；红外成像单元用于对环境进行红外成像，激光测距单元用于对目标进行实时测距，图像传感单元用于对环境进行实时拍摄成像，全景成像单元用于对环境进行360°成像，调整单元用于调整光电侦察模块的侦察角度和方位，稳定单元用于隔离无人艇的摇晃，避免无人艇的摇晃对光电侦察模块的影响。
其中，红外成像单元、图像传感单元上均设置有焦距调整单元，用于调整红外成像单元、图像传感单元成像时的焦距，使得红外成像单元、图像传感单元在成像时，能够实现成像视场的连续变化，能够对目标的细节进行观察，特别是对于快速靠近或快速远离的目标，能够通过连续改变视场，使目标图像在整个视场中保持合适的比例，便于对目标细节进行观察。
红外成像单元，激光测距单元、图像传感单元和全景成像单元的光学窗口上均设置有光学防护单元，避免光学窗口被外部水雾、海盐等污染；光电侦察模块还包括清晰度调整单元，其用于调整红外成像单元，激光测距单元、图像传感单元的光学窗口至清晰，本发明实施例中，光电侦察模块为密闭机构，清晰度调整单元包括充放气装置和雨刮，充放气装置与光电侦察模块相连接，通过向光电侦察模块中充入和排放气体，消除光电侦察模块中的水汽，防止相应光学窗口内侧凝结雾气对成像造成影响；雨刮设置在相应光学窗口外侧，用于刮除相应光学窗口外部的海水、雨水、雾气等，减少外部环境因素对成像造成的干扰。
综合控制模块用于获取光电侦察模块的状态信息、侦察信息并控制光电侦察模块，综合控制模块包括控制单元和图像处理单元；控制单元用于接收光电侦察模块的状态信息，向光电侦察模块发送控制信息，控制红外成像单元，激光测距单元、图像传感单元和调整单元的运行，调整光电侦察模块的侦察角度和方位；图像处理单元用于接收红外成像单元和图像传感单元所采集的图像信息(即侦察信息)，从图像信息中提取目标，计算目标相对于光轴中心的偏差量，根据偏差量完成目标的跟踪处理。
本发明中，根据任务需求，可以在无人艇上武器配置，综合控制模块可选配火控解算单元，综合控制模块控制光电侦察模块对目标进行跟踪并测距，获取目标三维位置信息(三维位置信息为目标方位角、俯仰角和距离)，火控单元根据目标三维位置信息和无人艇上配置的武器类型进行火控解算，输出射击诸元，引导武器对目标实施打击。
本发明实施例中，综合控制模块还包括录像单元和视频编码单元，视频编码单元用于对图像处理单元处理后的图像信息进行编码。图像处理单元接收图像信息(来自红外成像单元和图像传感单元)后，用于图像处理，处理后将叠加了瞄准线、跟踪波门及设备状态信息的跟踪效果视频信息输出至视频编码单元；视频编码单元将视频信息转换成网络编码视频，便于通过无线通信将视频信号传输到终端显控台。同时视频编码单元将图像处理单元处理后的图像传感单元的视频信号和红成像单元的视频信号转换成网络编码视频，便于压缩存储，节省存储空间。录像单元用于将视频编码单元转化后的网络编码视频进行存储。
显控模块用于从综合控制模块获取视频信息和光电侦察模块的状态信息，并向综合控制模块发送操作指令，综合控制模块根据收到的指令对光电侦察模块进行控制，光电侦察模块接收综合控制模块的控制执行相应的动作。
本发明中，显控模块包括显示单元、显控计算机、操控单元和视频扩展接口，视频扩展接口用于将显控模块获取的视频信息与外部设备共享。操控单元包括轨迹球、操纵杆和操纵键，操控单元与计算机相连接，用于通过计算机将操控指令发送至综合控制模块。
此外，本发明的光电多任务系统与外部雷达、GPS/北斗、罗经进行通信。
光电多任务系统接收雷达信号，显控模块解析雷达目标信息并进行雷达目标的态势显示，根据雷达目标信息执行目标引导，调整光电侦察模块指向目标，对目标进行捕获与跟踪。
光电多任务系统接收GPS/北斗信号，解析无人艇当前的地理位置信息，显控模块显示地理位置信息并将该信息叠加至视频图像上进行视频存储，同时，解析GPS/北斗的时间信息用并校准系统。
光电多任务系统接收罗经信号，解析正北方向，用于目标相对位置与绝对位置的转换及态势信息的分析。
本发明还提供一种用于无人艇的光电侦察方法，包括以下步骤：
选择光电多任务系统的工作状态：辅助航行状态、侦察取证状态或跟踪火控状态。
调整光电侦察模块在当前工作状态下的侦察方向，侦察无人艇周围的环境信息并捕捉目标，发送至综合控制模块进行图像处理后，将处理后的图像和光电侦察模块的状态信息发送至显控模块，所述显控模块反馈操控信息至综合控制模块，综合控制模块根据操控信息控制所述光电侦察模块。
具体的：
当光电多任务系统为辅助航行状态时，控制光电侦察模块的侦察方向为无人艇航行方向，同时，控制红外成像单元或图像传感单元对航向前方成像；无人艇高速航行时，光电多任务系统通过陀螺稳定功能保持瞄准线稳定，输出稳定的图像，供航行操作手进行参考；在拥挤航道、礁石浅滩等水域航行或出入港口时，通过全景成像单元对无人艇周边360°进行成像，探明周边形势，辅助无人艇躲避障碍物。
当光电多任务系统为侦察取证状态时，控制光电侦察模块变换侦察角度和方位至获取目标，并通过红外成像单元或图像传感单元对航向前方成像，具体为：操作手通过操控杆单元控制光电侦察模块在方位和俯仰方向转动，手动搜索目标，发现可疑目标时可跟踪目标并对目标进行录像，必要时通过激光测距单元对目标进行测距。无人艇对可疑船只或危险区域抵进侦察时，全景成像单元配合红外成像单元，图像传感单元同时观察目标和周围环境，提供多视角图像信息。
当光电多任务系统为跟踪火控状态时，光电侦察模块对目标进行跟踪并测距，输出目标的三维数据，火控解算模块具体操作为：综合控制模块控制光电侦察模块对目标进行跟踪并测距，获取目标三维位置信息(三维位置信息为目标方位角、俯仰角和距离)，火控单元根据目标三维位置信息和无人艇上配置的武器类型进行火控解算，输出射击诸元，引导武器对目标实施打击。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种用于无人艇的光电多任务系统，其特征在于，包括：
一光电侦察模块，其用于侦察无人艇周围的环境信息并捕捉目标，所述光电侦察模块包括红外成像单元，激光测距单元、图像传感单元、全景成像单元和调整单元；所述红外成像单元用于对环境进行红外成像，所述激光测距单元用于对目标进行实时测距，所述图像传感单元用于对环境进行实时拍摄成像，所述全景成像单元用于对环境进行360°成像，所述调整单元用于调整光电侦察模块的侦察角度和方位；
一综合控制模块，其与所述光电侦察模块连接，用于控制所述光电侦察模块，所述综合控制模块包括控制单元和图像处理单元；所述控制单元用于接收光电侦察模块的状态信息，向光电侦察模块发送控制信息，控制红外成像单元，激光测距单元、图像传感单元和调整单元的运行，调整光电侦察模块的侦察角度和方位；所述图像处理单元用于接收红外成像单元和图像传感单元所采集的图像信息，从图像信息中提取目标，计算目标相对于光轴中心的偏差量，对图像信息进行处理得到视频信息；
一显控模块，其与综合控制模块相连接，用于从综合控制模块获取视频信息和光电侦察模块的状态信息，并向综合控制模块发送操作指令，综合控制模块将操作指令发送至光电侦察模块，光电侦察模块执行相应操作指令。
2.如权利要求1所述的一种用于无人艇的光电多任务系统，其征在于：所述光电多任务系统的工作状态包括辅助航行状态、侦察取证状态和跟踪火控状态；
当所述光电多任务系统为辅助航行状态时，控制所述光电侦察模块的侦察方向为无人艇航行方向，同时，控制红外成像单元或图像传感单元对航向前方成像；
当所述光电多任务系统为侦察取证状态时，控制所述光电侦察模块变换侦察角度和方位至获取目标，并通过红外成像单元或图像传感单元对航向前方成像；
当所述光电多任务系统为跟踪火控状态时，所述光电侦察模块对目标进行跟踪并测距，输出目标的三维数据。
3.如权利要求1所述的一种用于无人艇的光电多任务系统，其征在于：所述光电多任务系统与外部雷达、GPS/北斗、罗经进行通信；
所述光电多任务系统接收雷达信号，所述显控模块解析雷达目标信息并进行雷达目标的态势显示，根据雷达目标信息执行目标引导，调整光电侦察模块指向目标，对目标进行捕获与跟踪；
所述光电多任务系统接收GPS/北斗信号，解析无人艇当前的地理位置信息，所述显控模块显示地理位置信息并将该信息叠加至视频图像上进行视频存储，同时，解析GPS/北斗的时间信息用并校准系统；
所述光电多任务系统接收罗经信号，解析正北方向，用于目标相对位置与绝对位置的转换及态势信息的分析。
4.如权利要求1所述的一种用于无人艇的光电多任务系统，其征在于：所述光电侦察模块还包括稳定单元，其用于隔离所述无人艇的摇晃。
5.如权利要求1所述的一种用于无人艇的光电多任务系统，其征在于：所述红外成像单元、图像传感单元上均设置有焦距调整单元，用于调整所述红外成像单元、图像传感单元成像时的焦距。
6.如权利要求1所述的一种用于无人艇的光电多任务系统，其征在于：所述光电侦察模块还包括清晰度调整单元，其用于调整所述红外成像单元，激光测距单元、图像传感单元的光学窗口至清晰。
7.一种采用权利要求1至6中任一项所述系统的光电多任务执行方法，其特征在于：包括以下步骤：
选择光电多任务系统的工作状态：辅助航行状态、侦察取证状态和跟踪火控状态，调整光电侦察模块在当前工作状态下的侦察方向，侦察无人艇周围的环境信息并捕捉目标，发送至综合控制模块进行图像处理后，将处理后的图像和光电侦察模块的状态信息发送至显控模块，所述显控模块反馈操控信息至综合控制模块，综合控制模块根据操控信息控制所述光电侦察模块。
8.如权利要求7所述的一种光电多任务执行方法，其特征在于：当所述光电多任务系统为辅助航行状态时，控制光电侦察模块的侦察方向为无人艇航行方向，同时，控制红外成像单元或图像传感单元对航向前方成像；无人艇高速航行时，光电多任务系统通过陀螺稳定功能保持瞄准线稳定，输出稳定的图像，供航行操作手进行参考；在拥挤航道、礁石浅滩等水域航行或出入港口时，通过全景成像单元对无人艇周边360°进行成像，探明周边形势，辅助无人艇躲避障碍物。
9.如权利要求7所述的一种光电多任务执行方法，其特征在于：当所述光电多任务系统为侦察取证状态时，操作手通过操控杆单元控制光电侦察模块在方位和俯仰方向转动，手动搜索目标，发现可疑目标时可跟踪目标并对目标进行录像，当无人艇对可疑船只或危险区域抵进侦察时，全景成像单元配合红外成像单元，图像传感单元同时观察目标和周围环境，提供多视角图像信息。
10.如权利要求7所述的一种光电多任务执行方法，其特征在于：当所述光电多任务系统为跟踪火控状态时，综合控制模块控制光电侦察模块对目标进行跟踪并测距，获取目标三维位置信息，火控单元根据目标三维位置信息和无人艇上配置的武器类型进行火控解算，输出射击诸元，引导武器对目标实施打击。
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| CN201711375523.4A Pending CN108170139A (zh) | 2017-12-12 | 2017-12-19 | 一种用于无人艇的光电多任务系统及执行方法 |
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2017
- 2017-12-19 CN CN201711375523.4A patent/CN108170139A/zh active Pending
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