CN101922894A - 反狙击激光主动探测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种反狙击激光主动探测系统，它包括反狙击探测头和便携工控机，其特征在于：反狙击探测头用于发射红外探测激光和炫目激光、接收反射的激光回波信号、获取目标图像、测量目标距离和定位探测目标的坐标；便携工控机用于控制红外探测激光和炫目激光的发射、反狙击探测头发回的图像信号的自动识别处理、存储、为系统提供电源。本发明结构简单、便于携带；系统采用图像处理方法，探测视场角大、自动识别可疑目标、发现目标给予报警提示；能够迅速定位窥视光学透镜目标位置、距离；能够对窥视现场提供白天和夜晚的放大观察，进行录像、拍照，识别率远远高于单元探测器的工作方法，还可对目标进行坐标定位和炫目压制。本发明对于重要人物保护、野战反狙击部队和反狙击等各种军事需要提供了一种功能较强、较为实用的系统和方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种反狙击激光主动探测系统及方法。
背景技术
狙击与反狙击，历来是相互消长的一对矛盾，为了应对狙击所造成的巨大伤亡和恐慌，各国不仅在反狙击战术上加强了研究，在技术层面上也推出了型号多样的“反狙击手探测系统”，提高反狙击技术能力。但大部分的成型产品都是被动探测，虽然可准确发现狙击手位置，但只有当狙击手激发第一枪后才能发现，这只能是一种亡羊补牢的方法。
另外，公开号为CN201100838实用新型专利申请文件公开了一种反狙击探测器，其包括激光发射和单元激光接收部分，该技术方案中，采用调制激光进行探测，当回波信号强度达到阈值时开启报警。由于该装置使用的是光电探测器进行回波探测，未能结合图像分析，所以只能根据回波信号强弱判断，无法辨别出狙击瞄准镜和普通反光目标，在应用中受到很大的限制。另外，即使该装置发现目标，只能提供提示报警，无法对狙击手立即进行炫目干扰，也没有自身GPS、指南针的定位、测距机测量目标等功能。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的不足，本发明的一个目的在于提出一种可对目标进行坐标定位和炫目压制的反狙击激光主动探测系统，第二个目的是提出一种识别率高的反狙击激光主动探测方法。
为实现上述目的，本发明提供一种反狙击激光主动探测系统，它包括反狙击探测头和便携工控机，其特征在于：反狙击探测头用于发射红外探测激光和炫目激光、接收反射的激光回波信号、获取目标图像、测量目标距离和定位探测目标的坐标；便携工控机用于控制红外探测激光和炫目激光的发射、反狙击探测头发回的图像信号的自动识别处理、存储、为系统提供电源。
所述的反狙击探测头包括变焦镜头、图像传感器、红外激光器的发射天线、红外激光器、炫目激光器的发射天线、炫目激光器、测距机、GPS模块和电子指南针，变焦镜头和图像传感器相连，用于接收瞄准镜反射的激光回波信号；红外激光器的发射天线和红外激光器相连，用于发射红外探测激光；炫目激光器的发射天线和炫目激光器相连，用于发射压制狙击手视觉的炫目激光，测距机、GPS模块和电子指南针配合，用于定位探测目标。
所述的便携工控机包括主板、充电电路、电池Ⅰ、电源电路Ⅰ、步进电机驱动器Ⅰ、步进电机驱动器Ⅱ、电源电路Ⅱ、风扇、电池Ⅱ，主板用于控制反狙击激光主动探测系统各个部件的协同工作和图像传感器发回的图像信号，进而进行目标的自动识别处理，照相存储；充电电路用于给电池充电；电源电路Ⅰ为主板供电；电源电路Ⅱ为反狙击探测头供电；步进电机驱动器Ⅰ和步进电机驱动器Ⅱ带动反狙击探测头做水平和俯仰转动；电池Ⅰ和电池Ⅱ分别给主板和反狙击探测头供电；风扇用于机箱的散热。
所述的图像传感器包括图像感光器和电控切换滤镜。
所述的红外激光器的发射天线包括伺服电机Ⅰ、带动齿轮Ⅰ、变焦齿轮Ⅰ、变焦透镜组Ⅰ和变焦透镜安装筒Ⅰ、天线固定座，伺服电机Ⅰ和带动齿轮Ⅰ连接，带动齿轮Ⅰ和变焦齿轮Ⅰ连接，变焦透镜组Ⅰ和变焦齿轮Ⅰ连接且放置在变焦透镜安装筒Ⅰ内部。
所述的炫目激光器的发射天线包括变焦齿轮Ⅱ、变焦透镜组Ⅱ、变焦透镜安装筒Ⅱ、带动齿轮Ⅱ、伺服电机Ⅱ和天线固定座Ⅱ，伺服电机Ⅱ和带动齿轮Ⅱ连接，带动齿轮Ⅱ和变焦齿轮Ⅱ连接，变焦透镜组Ⅱ和变焦齿轮Ⅱ连接且放置在变焦透镜安装筒Ⅱ内部。
所述的反狙击激光主动探测系统，还包括反狙击探测头的二维转台和支撑脚架，所述反狙击探测头的二维转台用于带动反狙击探测头做水平方向和俯仰方向旋转，支撑脚架用于为反狙击探测头提供牢固、稳定的刚性支撑，使之能安放在任意地形工作。
所述的电控切换滤镜包括玻璃片和窄带滤光片。
一种反狙击激光主动探测方法，包括以下步骤：
S0：开机后检测是否是白天；
S1：然后分别开启白天模式，电控滤镜切换到窄带滤光片，或者黑天模式，电控滤镜切换到玻璃片；
S2：开启探测激光，红外激光器发出脉冲激光；
S3：二维转台扫描，测距机测量前方物体距离，通过距离使变焦镜头自动对焦和变倍、红外激光发射天线自动设置发散角，图像传感器采集激光回波信号，自动处理图像信号；
S4：计算机如果没有发现可疑目标，继续探测；
S5：计算机如果发现可疑目标，报警、获取可疑目标图片，GPS、倾角器工作，定位出目标的地理坐标；
S6：工作人员确认是否是真实的目标，如果不是真实的目标，返回继续探测；如果是真实的目标进入S7步骤；
S7：锁定可疑目标，根据目标所在地理坐标，自动改变炫目激光发射天线的发散角，对目标进行炫目；
S8：重复上述步骤，最后完成反狙击激光主动探测。
步骤S3还包括自动调整镜头焦距、探测激光和炫目激光发射天线发散角度。
本发明的反狙击激光主动探测系统，结构简单、便于携带；系统采用图像处理方法，探测视场角大、自动识别可疑目标、发现目标给予报警提示；能够迅速定位窥视光学透镜目标位置、距离；能够对窥视现场提供白天和夜晚的放大观察，进行录像、拍照，识别率远远高于单元探测器的工作方法，系统还可对目标进行坐标定位和炫目压制。该系统对于重要人物保护、野战反狙击部队和反狙击等各种军事需要提供了一种功能较强、较为实用的系统。该系统运用“猫眼效应”原理，能够快速、自动的检测范围在1.5km内的光学窥视装置，自动识别可疑窥视装置。
附图说明
图1为本发明的反狙击激光主动探测系统的组成图；
图2为图1中反狙击探测头的结构示意图；
图3为图2中红外激光器及发射天线的结构示意图；
图4为图2中炫目激光器及发射天线的结构示意图；
图5为图2中图像传感器及变焦镜头的结构示意图；
图6为图1中便携工控机的内部结构示意图；
图7为本发明的反狙击激光主动探测系统的工作流程图；
图8为图7中自动调整镜头焦距、探测激光和炫目激光发射天线发散角度的示意图。
图中：1：便携工控机 2：反狙击探测头 3：二维转台 4：支撑脚架 5：航插连线 6：变焦镜头 7：图像传感器 8：红外激光器的发射天线 9：红外激光器 10：炫目激光器的发射天线 11：炫目激光器 12：测距机 13：GPS模块 14：电子指南针 15：底板 16：红外激光器头 17：耦合光纤 18：光纤输出头 19：伺服电机Ⅰ 20：天线固定座Ⅰ 21：带动齿轮Ⅰ 22变焦齿轮Ⅰ 23：变焦透镜组Ⅰ 24：变焦透镜安装筒Ⅰ 25：红外激光 26：炫目激光器 27：变焦齿轮Ⅱ 28：变焦透镜组Ⅱ 29：变焦透镜安装筒Ⅱ 30：炫目激光 31：带动齿轮Ⅱ 32：天线固定座Ⅱ 33：伺服电机Ⅱ 34：图像感光器 35：电控切换滤镜 36：变焦镜头 37：显示屏 38：机箱 39：主板 40：充电电路 41：电池Ⅰ 42：电源电路Ⅰ 43：步进电机驱动器Ⅰ 44：步进电机驱动器Ⅱ 45：电源电路Ⅱ 46：风扇 47：电池Ⅱ
具体实施方式
如图1所示，系统由便携工控机1、反狙击探测头2、二维转台3、支撑脚架4、航插连线5组成。便携工控机1和反狙击探测头2通过航插连线5连接，反狙击探测头2固定在二维转台3上，二维转台3固定在支撑脚架4上。当二维转台3水平运动时，会带动反狙击探测头2进行水平扫描；当二维转台3俯仰运动时，会带动反狙击探测头2进行俯仰扫描。
如图2所示，该反狙击探测头包括：变焦镜头6、图像传感器7、红外激光器的发射天线8、红外激光器9、炫目激光器的发射天线10、炫目激光器11、测距机12、GPS模块13、电子指南针14、底板15。变焦镜头6固定在底板15上，图像传感器7固定在变焦镜头6上，红外激光器的发射天线8和红外激光器9连接，炫目激光器的发射天线10和炫目激光器11连接，测距机12、GPS模块13、电子指南针14分别固定在底板15上。
变焦镜头6将接收激光回波信号汇聚到图像传感器7上，图像传感器7将成像图像传输到便携工控机1上；红外激光器9工作时通过底板15散热，产生的激光通过红外激光器的发射天线8发射出去；炫目激光器11发射的激光通过炫目激光器的发射天线10发射出去；测距机12、GPS模块13、电子指南针14分别将信号送到便携工控机1上。
如图3所示，红外激光器9包括红外激光器头16、耦合光纤17、光纤输出头18。红外激光器的发射天线8包括伺服电机Ⅰ19、天线固定座Ⅰ20、带动齿轮Ⅰ21、变焦齿轮Ⅰ22、变焦透镜组Ⅰ23、变焦透镜安装筒Ⅰ24。
红外激光器头16发射出激光，输入到耦合光纤17中，耦合光纤17和光纤输出头18连接；伺服电机Ⅰ19固定在天线固定座Ⅰ20上，与带动齿轮Ⅰ21连接，带动齿轮Ⅰ21和变焦齿轮Ⅰ22传动力耦合带动变焦透镜组Ⅰ23做往返运动，变焦透镜组Ⅰ23固定在变焦透镜安装筒Ⅰ24中，变焦透镜安装筒Ⅰ24固定在天线固定座Ⅰ20上，最终使得输出红外激光25。
如图4所示，炫目激光器的发射天线10包括变焦齿轮Ⅱ27、变焦透镜组Ⅱ28、变焦透镜安装筒Ⅱ29、带动齿轮Ⅱ31、天线固定座Ⅱ32、伺服电机Ⅱ33。
炫目激光器26和变焦透镜安装筒Ⅱ29相连，变焦透镜组Ⅱ28固定在变焦透镜安装筒Ⅱ29，伺服电机Ⅱ33固定在天线固定座Ⅱ32上且和带动齿轮Ⅱ31连接，带动齿轮Ⅱ31再与变焦齿轮Ⅱ27力耦合，带动变焦透镜组Ⅱ28在内做往返运动，炫目激光器26输出的激光经过变焦透镜组Ⅱ28输出炫目激光30。
如图5所示，图像传感器7包括图像感光器34、电控切换滤镜35。
电控切换滤镜35固定在图像感光器34上，然后和变焦镜头36连接。变焦镜头36接收激光回波信号，信号先通过切换滤镜35然后成像到图像感光器34。
如图6所示，便携工控机1包括显示屏37、机箱38，机箱38包括：主板39、充电电路40、电池Ⅰ41、电源电路Ⅰ42、步进电机驱动器Ⅰ43、步进电机驱动器Ⅱ44、电源电路Ⅱ45、风扇46、电池Ⅱ47。电池Ⅰ41固定在机箱38上，通过电源电路Ⅰ42给主板39供电，电池Ⅱ47固定在机箱38上，通过电源电路Ⅱ45给步进电机驱动器Ⅰ43、步进电机驱动器Ⅱ44和反狙击探测头2供电，充电电路40给电池Ⅰ41和电池Ⅱ47充电，风扇46固定在机箱38侧壁上，起到散热作用。
如图7所示，反狙击激光主动探测方法，包括以下步骤：
S0：计算机开机，自动进入探测程序作为开始，检测是否是白天；
S1：根据检测结果，如果当前为白天，程序则进入白天模式，电控红外滤镜切换到窄带滤光片，如果为黑天，程序进入黑天模式，电控红外滤镜切换到玻璃片；
S2：接着开启开启探测激光，红外激光器发出脉冲激光；
S3：然后二维转台扫描，测距机测量前方物体距离，通过距离使变焦镜头自动对焦和变倍、红外激光发射天线自动设置发散角，图像传感器采集激光回波信号，自动处理图像信号；
S4：如果计算机没有发现可疑目标，则继续扫描探测，如果计算机发现可疑目标，则进入报警处理；
S5：系统报警、获取可疑目标图片，GPS、倾角器工作，定位出目标的地理坐标；
S6：再次确认是否是真实的目标，如果不是真实的目标，则返回S3步骤，如果是真实的目标，则进入下一处理程序；
S7：系统锁定可疑目标，根据目标所在地理坐标，自动改变炫目激光发射天线的发散角，对目标进行炫目；
S8：最终系统是否继续探测，如果继续则返回S3，如果结束则退出程序。
步骤S1设置工作模式在白天和黑天模式，只能选择一种，这个操作可以有效滤白天自然光环境下出现的环境光噪声，而且在黑天情况下，增大入射光进入量，提高图像的可视程度，有利于真伪目标的辨别，这一步骤使系统能适应各种自然光环境。
步骤S6再次确认是否是真目标，计算机自动识别目标真伪具有一定局限性，很难准确无误的将所有目标确认正确，再系统进行炫目之前，需要由人工进行最终的确认，然后实施炫目操作，避免误操作，这一步骤使系统能够使计算机自动化和人相结合，更具有实用性。
步骤S7锁定可疑目标，根据目标所在地理坐标，自动改变炫目激光发射天线的发散角，对目标进行炫目。在定位中需要确定目标的距离、高度H和方位。目标高度为间接测量，测距机12测量目标距离为D，俯仰传感器测量目标俯仰角度为
测量目标高度的计算公式为：
如图8所示，计算机根据测距机测量物体距离，自动调整镜头焦距、探测激光和炫目激光发射天线发散角度，使得探测过程中自动使光学器件进入最佳状态，探测速度更快，大大减轻操作人员负担。它的工作过程是：
步骤S31：测距机测量物体距离；
步骤S32：计算机根据距离，算出镜头需要设置最大的接收视场角度以满足清晰观察目标，根据视场角设置镜头的焦距长度；
步骤S33：计算机根据镜头的焦距长度和目标的距离，计算出镜头对焦控制量；
步骤S34：计算机根据接收视场角度，计算出红外激光器的发射天线和炫目激光器的发射天线发散角度，给出伺服电机Ⅰ和Ⅱ控制量，调节完毕后，退出该段程序。
Claims (10)
1.一种反狙击激光主动探测系统，它包括反狙击探测头和便携工控机，其特征在于：反狙击探测头用于发射红外探测激光和炫目激光、接收反射的激光回波信号、获取目标图像、测量目标距离和定位探测目标的坐标；便携工控机用于控制红外探测激光和炫目激光的发射、反狙击探测头发回的图像信号的自动识别处理、存储、为系统提供电源。
2.根据权利要求1所述的一种反狙击激光主动探测系统，其特征在于：反狙击探测头包括变焦镜头、图像传感器、红外激光器的发射天线、红外激光器、炫目激光器的发射天线、炫目激光器、测距机、GPS模块和电子指南针，变焦镜头和图像传感器相连，用于接收瞄准镜反射的激光回波信号；红外激光器的发射天线和红外激光器相连，用于发射红外探测激光；炫目激光器的发射天线和炫目激光器相连，用于发射压制狙击手视觉的炫目激光，测距机、GPS模块和电子指南针配合，用于定位探测目标。
3.根据权利要求1所述的一种反狙击激光主动探测系统，其特征在于：便携工控机包括主板、充电电路、电池Ⅰ、电源电路Ⅰ、步进电机驱动器Ⅰ、步进电机驱动器Ⅱ、电源电路Ⅱ、风扇、电池Ⅱ，主板用于控制反狙击激光主动探测系统各个部件的协同工作和图像传感器发回的图像信号，进而进行目标的自动识别处理，照相存储；充电电路用于给电池充电；电源电路Ⅰ为主板供电；电源电路Ⅱ为反狙击探测头供电；步进电机驱动器Ⅰ和步进电机驱动器Ⅱ带动反狙击探测头做水平和俯仰转动；电池Ⅰ和电池Ⅱ分别给主板和反狙击探测头供电；风扇用于机箱的散热。
4.根据权利要求2所述的反狙击激光主动探测系统，其特征在于：所述图像传感器包括图像感光器和电控切换滤镜。
5.根据权利要求2所述的反狙击激光主动探测系统，其特征在于：红外激光器的发射天线包括伺服电机Ⅰ、带动齿轮Ⅰ、变焦齿轮Ⅰ、变焦透镜组Ⅰ和变焦透镜安装筒Ⅰ、天线固定座，伺服电机Ⅰ和带动齿轮Ⅰ连接，带动齿轮Ⅰ和变焦齿轮Ⅰ连接，变焦透镜组Ⅰ和变焦齿轮Ⅰ连接且放置在变焦透镜安装筒Ⅰ内部。
6.根据权利要求2所述的反狙击激光主动探测系统，其特征在于：炫目激光器的发射天线包括变焦齿轮Ⅱ、变焦透镜组Ⅱ、变焦透镜安装筒Ⅱ、带动齿轮Ⅱ、伺服电机Ⅱ和天线固定座Ⅱ，伺服电机Ⅱ和带动齿轮Ⅱ连接，带动齿轮Ⅱ和变焦齿轮Ⅱ连接，变焦透镜组Ⅱ和变焦齿轮Ⅱ连接且放置在变焦透镜安装筒Ⅱ内部。
7.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的反狙击激光主动探测系统，其特征在于：还包括反狙击探测头的二维转台和支撑脚架，所述反狙击探测头的二维转台用于带动反狙击探测头做水平方向和俯仰方向旋转，支撑脚架用于为反狙击探测头提供牢固、稳定的刚性支撑，使之能安放在任意地形工作。
8.根据权利要求4所述的反狙击激光主动探测系统，其特征在于：所述电控切换滤镜包括玻璃片和窄带滤光片。
9.一种反狙击激光主动探测方法，包括以下步骤：
S0：开机后检测是否是白天；
S1：然后分别开启白天模式，电控滤镜切换到窄带滤光片，或者黑天模式，电控滤镜切换到玻璃片；
S2：开启探测激光，红外激光器发出脉冲激光；
S3：二维转台扫描，测距机测量前方物体距离，通过距离使变焦镜头自动对焦和变倍、红外激光发射天线自动设置发散角，图像传感器采集激光回波信号，自动处理图像信号；
S4：计算机如果没有发现可疑目标，继续探测；
S5：计算机如果发现可疑目标，报警、获取可疑目标图片，GPS、倾角器工作，定位出目标的地理坐标；
S6：工作人员确认是否是真实的目标，如果不是真实的目标，返回继续探测；如果是真实的目标进入S7步骤；
S7：锁定可疑目标，根据目标所在地理坐标，自动改变炫目激光发射天线的发散角，对目标进行炫目；
S8：重复上述步骤，最后完成反狙击激光主动探测。
10.根据权利要求9所述的反狙击激光主动探测方法，其特征在于：步骤S3还包括自动调整镜头焦距、探测激光和炫目激光发射天线发散角度。
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