CN103241380A - 对陆地或海上对象进行侦察和/或交战的系统以及方法 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种空对地监视和/或武器系统，具有至少一个母飞行器（1）和至少一个能够与母飞行器（1）去耦合并且再次耦合到其的无人从飞行器（2），为此，母飞行器（1）和从飞行器（2）装备了被设计用于互相协同运作的耦合装置（52），其中，母飞行器（1）装备了监视与观察装置（312；412、414；510，520；610，614）；其中，从飞行器（2）装备了观察装置（240）和/或武器（250，254），以及其中，可以经由数据链路连接把至少一个从飞行器（2）连接到控制站（350），以进行数据交换，并且能够由该控制站对从飞行器加以控制。

Description

对陆地或海上对象进行侦察和/或交战的系统以及方法

技术领域

本发明涉及一种具有母飞行器以及至少一个可以与母飞行器去耦合并且又与该母飞行器耦合的无人从飞行器的空对地监视和/或武器系统。本发明还涉及一种利用这样的系统对陆地或海上对象进行空中支持的侦察和/或交战的方法。

由多个协同操作的无人长期监视飞行器构成的这样的系统特别适合于陆上反恐应用以及保护海上船只不受海盗的袭击。使用根据本发明的飞行器联合体，能够有效地进行陆上线路和海上船运线路的监视，特别是当这些飞行器装备了太阳能驱动器时。此外，使用根据本发明的系统，可以向使用陆上线路和海上船运线路的人和运输工具提供针对陆上线路的攻击和针对海上船运线路上的海盗攻击的武装保护。

背景技术

为了例如能保护非武装商船不受海盗攻击，首先必须及时识别迫近的海盗攻击的风险。然后必须成功部署装备了适当武器并且能够在攻击地点及时干预的增援力量，并且在海盗能够登上处于危险之中的船只并以船员做人质之前防御攻击。

为了例如及时识别迫近的海盗攻击，首先必须对处于危险之中的待保护的船只和海上船运线路加以观察和监视。在此对两种可能的部署情况加以区别，即其中监视海上船运线路上行驶的护航船队的第一部署情况，在该第一部署情况中监视装置随护航船队一起行驶，以及其中通过多个拟稳态监视装置监视整个海上船运线路以及海上船运线路上行驶的船只从一个监视区域进入下一个监视区域的第二部署情况。

为了防御在监视过程中识别的对待保护的船只的海盗攻击，在相应的监视区域附近应该提供作战装置，所述作战装置应该在识别海盗攻击之后立即做好准备，并且能够还在海盗登上被保护的船只之前阻挠海盗攻击。

根据目前的现有技术，防御海盗的任务是通过护卫舰大小的战舰或者具有舰载直升机的驱逐舰以及在地面支持的海上巡逻机的帮助下以高昂的代价得以完成的。由于船只的船载传感器的有限的作用范围、海上巡逻机和舰载直升机的有限的使用寿命以及极其复杂和极受约束的使用规则，即使是在具有50艘船只和多架海上巡逻机的情况下非洲合恩岛附近的航线也仅可以选择地加以监视，因此不能充分防止海盗攻击。

发明内容

因此，本发明的目的旨在提供一种监视系统和/或武器系统以及使用这样的系统对陆地或者海上对象进行侦察和/或交战的方法，一方面，使得可以对陆上线路或者海上船运线路进行大面积监视，另一方面，确保了在识别到威胁的情况下的快速反应。

可以通过根据权利要求1所述的空对地监视系统和/或武器系统以及根据专利权利要求18所述的方法实现这一目的。

根据权利要求1所述的空对地监视系统和/或武器系统包括至少一个母飞行器和至少一个能够与母飞行器去耦合并且又与该母飞行器耦合的无人从飞行器。为此，母飞行器和从飞行器装备了被构成为互相协同运作的耦合装置。另外，母飞行器还装备了监视与观察装置，并且从飞行器装备了观察和/或武器装置。可以经由数据链路连接把从飞行器连接到例如地面上的控制站，用于进行数据交换并且能够由该控制站加以控制。

优点

根据本发明的空对地监视和/或武器系统能够以特别有利的方式监视和确保陆地和海上交通线路的安全，甚至是在交通线路的沿线或者交通线路附近无地面站可用的情况下。

根据本发明的系统的其它优选和有利的实施特征为从属权利要求2~18的主题。

优选母飞行器也为无人的，并且能够通过另一个数据链路连接连接到控制站和由该控制站加以控制。因此，母飞行器和从飞行器均能够按公知的方式由控制站远程控制。

另一个有利实施方式的特征在于母飞行器和/或从飞行器配有机身和至少一个产生空气动力浮力的机翼，各机翼包含沿与机身纵轴横向交叉、优选呈直角的一个方向延伸的多个翼梁和软管，所述翼梁和软管由形成机翼覆盖（Flügelbespannung）的表皮加以包裹，所述表皮确定了机翼的横截面轮廓，其中该横截面轮廓形成在低流阻的情况下产生高浮力的板状剖面。所述机翼的特征在于其极低的重量，因为其在充有压缩气体的一个或多个软管的翼展方向上获得其刚性。于是，例如多个充有压缩气体的软管可以沿翼展方向延伸，它们具有不同的直径并且互相连接以及被共同的外壳包裹，从而通过这一结构得到具有产生空气动力浮力的剖面的机翼。如果把比空气轻的压缩气体（例如，氢或者氦气）用于填充软管，则机翼既具有空气静力浮力分量，并且在存在适当的绕流的情况下又具有空气动力浮力分量。

优选提供的、机翼自由端相对于机身和或相对于提供在机身之下的发动机吊舱的拉紧，负责使机翼在作用于机翼的浮力下不会向上弯曲。除了提供在机翼自由端上的张紧索之外，在机翼上也可以把其它张紧索固定在机翼的各自由端及其与机身的附接处之间，于是所述其它张紧索也相对于机身和/或相对于提供在机身之下的发动机吊舱拉紧。

在此有利的是，可以向机翼中的至少一部分软管填充氢，以及可以向机翼中的至少一部分软管填充氧。因此，软管不仅可用于加固机翼，而且还可以用作推进剂成分—氢和氧的贮存器。

有利地，母飞行器和/或从飞行器的机身具有至少部分地填充了不同于空气和比空气轻的上升气体（Traggas）（特别是氢）的外壳。因此，机身可以用作浮力体。

另一个优选实施方式的特征在于母飞行器和从飞行器均具有至少一个装备了推进器的驱动器，该驱动器具有优选电驱动的驱动马达，优选将该驱动器安装在提供于机身之下或者机翼上的引擎吊舱（Antriebsgondel）中。

这一驱动装置吊舱例如通过支撑部件（这些支撑部件例如可以由张紧索形成）连接到机身，必要时还连接到有效载荷吊舱。独立引擎吊舱中的驱动器的这一独特设置使得源自驱动器的振动不会被传递至飞行器的机身，必要时也不会被传递至有效载荷吊舱，从而例如不把存在于有效载荷吊舱中的仪器暴露于任何源自驱动器的振动下。在此，实践证明电驱动马达是特别适宜的。

如果母飞行器和/或从飞行器的机翼覆盖的表皮在机翼的上侧为透明的，以及如果机翼的上侧装备了太阳能发电机的安装在透明表皮和软管之间的太阳能电池，则也是有利的。

使用这种设计为极轻结构的机翼特别有利的是，机翼在上侧具有沿纵截面呈空气动力学形状的、由薄透明膜（优选为透明聚酯膜）制造的外壳以及在机翼下侧具有镀铝的、防UV辐射的超强芳族聚酰胺膜。由于其强度而特别适合的透明聚酯膜是双轴定向的聚酯膜，例如以商品名MYLAR^®在市场上可得的。在透明聚酯膜之下，优选把CIGS型（铜铟镓硒化物）的薄层太阳能电池安装在整个机翼上侧和升降舵上侧上，这些薄层太阳能电池有利地施加在薄的聚酰亚胺膜（例如，KAPTON^®膜）上并且被另一种膜覆盖，其中整个结构有利地仅为大约50µm厚，从而非常轻，并且效率可达16%。这样的薄膜CIGS薄层太阳能电池具有极轻的重量，并且甚至是在温度上升（如在高空可能出现的）时也能在无独立的冷却装置的情况下良好地工作，因此，当与通过薄膜形成的承载部件相结合时，形成了重量极轻的太阳能发电机。

特别有效的是根据本发明的系统的一个实施例，其中，把光致电压供电设备提供于母飞行器中以生成驱动能量，所述光致电压供电设备具有至少一个光致电压太阳能发电机，其把太阳辐射能转换为电能；至少一个氢生成器，用于从水中产生氢；至少一个水贮存器，通过第一水管线将其连接到氢生成器；至少一个优选由第一腔体形成的氢贮存器，通过第一氢管线将其连接到氢生成器；至少一个燃料电池，通过第二氢管线将其连接到氢贮存器，并且通过第二水管线将其连接到水贮存器；以及控制装置，将其电连接到太阳能发电机、氢生成器以及燃料电池。因此，优选通过这一光致电压供电设备向电驱动马达、还有飞行器的其它电耗件及其有效载荷提供驱动能量。

在这一供电装置中，并行地提供光致电压太阳能发电机、氢生成器以及燃料电池使得当有足够的太阳能时，在白天能够使用太阳能发电机所生成的一部分电能来利用水产生氢，然后在无太阳能时的夜间或者当无足够的太阳能可利用时，利用燃料电池在燃料电池中把氢与周围的氧重新结合以生成电能。按照这一方式，始终可以获得电能。

在此有利的是，把控制装置设计为：当太阳辐射能存在时能够把太阳能发电机所产生的电能输送给供电装置的电耗件连接端，而当太阳辐射能不存在时或者太阳能发电机所产生的电能不足以满足预定的能量需求时，控制装置激活燃料电池，以将电能提供给耗件连接端。因此，这一控制装置使得当有不足的或者没有太阳能可用时能够自动地激活燃料电池。

优选也把控制装置设计为：当太阳辐射能存在时能够把太阳能发电机所产生的一部分电能输送给氢生成器，而且控制装置把水从水贮存器输送给氢生成器，从而激活氢生成器，以利用输送给其的水生成氢，该氢将被贮存在氢贮存器中。使用这一实施方式，当太阳能发电机不提供电能或者提供不足的电能时，总是把太阳能发电机所产生的电能的一部分用于操作氢生成器，以生成燃料电池生成电能所需的氢。在此，控制装置可以控制输送给氢生成器的电能的数量，或者还依据现有的氢贮存控制氢生成器的接通时间。

优选耦合装置具有燃料补给连接装置，利用其可以把燃料从母飞行器提供给从飞行器。在这一方式下，当从飞行器耦合到母飞行器时，可以使用母飞行器中所产生的燃料，针对从飞行器的下一次任务向其补给燃料。

优选从飞行器能够盘旋并为此配备了浮力体，向浮力体填充比空气轻的气体。这一实施方式改进了从飞行器的观察性能，因为由此能够将其准静止地定位在待观察或者待侦察的对象上方。

特别有利的是，比空气轻的气体为氢，将氢贮存在从飞行器中的至少一个氢贮存器中并且同时作为燃料提供给飞行器驱动器。通过这种方式，同时把作为燃料所需的氢用作浮力媒介。

优选从飞行器具有垂直起飞和垂直降落特性。这些特性使从飞行器例如能够降落在被侦察的船只的甲板上。

如果母飞行器具有至少一个向下对准地球表面的监视雷达设备，则这一系统将是非常适宜的。这一监视雷达设备使从飞行器适合于夜间部署。

如果母飞行器具有至少一个朝下对准地球表面的雷达测高仪，则能够对地球表面进行特别好的观察，甚至是当阴天时，从而能够在由此确定的等高线（Höhenkontur）上进行对象标识。

如果母飞行器具有至少一个向下对准地球表面的远视摄像机并且优选具有分配给该远视摄像机的目标对象照射设备，则准许在白天，甚至在夜间观察地球表面。

特别是通过根据先前权利要求中任何一个权利要求所述的空对地监视和/或武器系统用于对陆地或海上对象进行空中支持的侦察和/或交战的根据本发明的方法包含下列步骤：

- 通过母飞行器的机上提供的观察装置检测对象；

- 使用母飞行器的机上提供的远视装置按可见光光谱或者红外光谱和/或使用雷达观察装置观察所检测的对象，；

- 从母飞行器释放从飞行器，并且在对象附近控制从飞行器；

- 通过从飞行器的机上提供的观察装置或者武器，针对对象执行侦察或者交战任务；

- 从飞行器返回至母飞行器，以及

- 从飞行器对接到母飞行器上。

根据本发明的这一方法能够使用超高飞行的母飞行器及其机上的观察装置永久地观察地球表面上的一个区域，例如，陆地线路或者海上线路的一部分，并且监视该线路上的交通。观察装置可以在此替换地或者附加地包含光学成像系统、雷达设备、激光观察装备或者其它合适的传感器。

例如，这样的传感器可以属于自动船只标识系统（AIS），使用这一系统能够根据发射机应答器代码标识船只。通过这一方式，母飞行器变成AIS基站。因此，也可以把已经在海岸附近工作的国际AIS系统扩展至公海。由此能够向母飞行器的机上AIS基站请求在被监视的海上船运线路上的由这一基站所检测的船只的数据，并且把所述数据发送到AIS数据中心以及控制站以用于比较，并且从而能够标识所检测的船只。因此，在沿海水域之外也能够创建针对船只的大规模跟踪文件。

对于海上船运线路上的部署，使用根据本发明的系统与根据本发明的方法，可以在白天和夜间以及在恶劣的天气下，例如使用Doppler雷达，在大面积被监视海域检测所有能在公海上航行的海上船舶，而不管它们的航行方向如何，并且能够长时间跟踪它们的路线。可以将所检测的船只位置与所传输的AIS位置数据相比较并加以验证。

如果母飞行器的机上雷达设备检测到不能进行AIS标识或者针对其所捕获到的AIS标识的身份有怀疑的船只，则母飞行器可以高空直接飞行在目标船只上方，并且可以使用成像的精确雷达测高仪测量目标船只的具体的高度标记（Höhensignatur）。然后可以通过自动图像识别方法把这一高度标记与存储在数据库中的参照标记进行比较，以按所述方式标识船只。

如果即使使用这样的雷达设备仍不能标识船只，则飞行器可以从高空（例如，最高达40km的距离）朝目标船只飞行，并且使用在母飞行器的机上提供的、在近红外范围（NIR）操作的成像和高分辨率的多谱线远视摄像机来记录目标船只的具体的多谱线图像标记。然后，可以使用自动图像识别方法把这一多谱线图像标记与保留在数据库中的参照标记的数据存量进行比较，并按该方式对这一多谱线图像标记进行标识。

由于标识不够清晰或者由于其行为引起怀疑的船只也可以使用母飞行器的机上提供的高分辨率光学传感器在这些船只的活动期间连续地并且昼夜短间隔地受到监视，因此能够更可靠地确定这些船只的意图。更进一步，可以通过从飞行器标识那些没有被标识为无害的、正进入被监视海域的规定的保护区域的船只。于是从飞行器与母飞行器分离并且进入低空飞行，以侦察被怀疑的船只或者与所述船只的船员进行有声接触。为此优选从飞行器能够盘旋，并且从而可以在被侦察船只上方处于准静态位置。在此，由于被侦察船只例如已被标识为海盗船，如果识别出海上船运线路上存在危及其它船只的危险的情况，则从飞行器可以使用其机上武器与这一海盗船交战。在部署之后，从飞行器可以又返回母飞行器，并且重新耦合到母飞行器，而且当需要时也可以再次由母飞行器补给燃料。

使用能够与母飞行器去耦合并且再耦合到母飞行器的从飞行器，还能够向在海上船运线路上处于极危险状态的船只提供武装护航，以短期避开可能的海盗的攻击。

母飞行器在将待监视的海上船运线路上方的定位以及从飞行器从母飞行器向下至海上船运线路（或者至被监视的陆上线路）的相对短的距离，能够通过母飞行器的传感器系统及时识别突然的攻击，特别是在夜间或者在能见度很差的情况下，并且能够通过可以快速引向部署地点的从飞行器与发动攻击的海盗（或者恐怖分子）交战。为此，可以首先使用非致命武器（例如，声炮）对抗攻击者，并且如果这些武器不够，则可以使用从飞行器的机上自动武器的火力来对抗攻击者，从而例如在海盗能够登上待保护的船只并且劫持其船员作为人质之前阻止攻击者并且抵抗攻击。

有利地，为了确保陆上线路或海上线路的安全，可以使用多个部署组，每一个部署组分别由一个母飞行器和一个能够耦合到母飞行器的从飞行器组成。各部署组在此通过自己的数据链路系统互相连接，并且连接到有人控制站，有人控制站例如可以位于地面。可以从控制站远程控制各母飞行器和从飞行器，可以通过数据链路系统把飞行器的机上传感器所检测的数据传输到控制站，以进一步加以分析。

可以提供一个或多个控制站，除了用于分析所传输的数据的人员（该分析一部分也可以自动地进行）之外，还可以配备飞行引导人员、远程控制导航员和其他传感器操作人员以及武器操作人员。

使用一组专门的母飞行器进行对所监视（陆上或者海上）的观察区域的大面积监视，每一个专门的母飞行器例如均具有机上脉冲Doppler雷达设备而且它们可以协同操作。由特别是针对海上部署的协作的脉冲Doppler雷达装备组成的这一系统，确保了白天、夜间以及在恶劣的天气和可见度很差的情况下也能进行大面积监视。

当因云层密布而可见度差时，由其它装备了具有单脉冲天线组的精确雷达测高仪的母飞行器支持脉冲Doppler雷达设备。使用这些装备，能够测量表面（例如，海洋表面）上方的具体高度标记，并且能够测量船只的高度部件彼此之间的相对水平设置，这些高度部件直接位于例如飞行在15km高度的相应母飞行器之下。自动图像识别软件可以把所检测的高度标记与存储在数据库中的参照标记加以比较，并且防伪装地标识如此检测的船只，甚至是当无地面可见度时。另外，甚至是在恶劣天气条件时也可以使用精确雷达测高仪在无地面可见度的情况下观察可疑船只，并且特别是能够确定例如是否使用了能够用于海盗攻击的小船。通过这一方式，甚至是当可见度很差时也能够可靠地触发警报。

如果存在足够的地面可见度，则可以通过光学监视装备进行大面积的连续成像光学观察，该成像光学观察准许昼夜通过雷达捕获的所有船只的附加、独立和防伪装标识。为此，多个母飞行器装备了近红外多谱线远视摄像机，这些近红外多谱线远视摄像机由各相应飞行器的机上人工远程照射装置支持，用于在夜间以及在因阴霾、灰尘或小雨导致的差的可见度的情况下操作。这一组装备了NIR多谱线远视摄像机的母飞行器形成一个大面积多谱线传感器设置。由此通过光学观察，甚至是在次佳可见度条件下也能使用自动图像识别软件根据存储在数据库中的参照图像基于船只的多谱线标记对船只进行标识。

从飞行器装备了具有搜寻透镜和它们自己的用于全天候操作的照射单元的全360º可旋转多谱线摄像机，并且装备了同轴激光侧距仪。在对移动的船只进行近距离侦察时，定向扬声器和定向麦克风能够实现与被侦察的船只上的船员的有声通信。另外，从飞行器还装备了用于警告攻击者的声炮以及能够通过远程控制的火力控制设备使燃气压缩波催泪弹（Fuel-Air-Druckwellengranate）精确瞄准1千米以上的距离的多发火箭发射器。这些非致命武器用于避开潜在的攻击并且使它们转移目标。在这些非致命武器不够的情况下，从飞行器还可以装备用于对船只或者对人进行针对性攻击的适当的武器。

根据本发明的系统的飞行器可以通过具有几乎无限使用寿命的太阳能驱动器来执行陆上和海上的监视、侦察以及保护任务。在此提供了一个或者优选为多个部署组，每一个部署组由一个母飞行器和一个从飞行器组成，即，遥控的和互相协作的无人的飞行设备，每一个均装备了专用的传感器和武器并且经由自己的数据链路系统互相连接，并且连接到地面上的有人控制装置。从这一地面控制装置控制和远程控制飞行器。地面控制装置由一个或多个指挥站、控制站以及地面站组成，其中，为了控制系统的各飞行器以及为了操作它们的装备，提供了飞行引导人员、远程控制导航员以及传感器和武器操作人员。另外，地面站具有上面运行了相应计算机程序的分析装置，利用分析装置分析经由数据链路从飞行器所接收的以及由它们的传感器所记录的数据。

在这样的一个部署组中，母飞行器可以分别载有自动船只标识系统AIS（自动标识系统）的AIS基站，母飞行器由此变为飞行AIS基站。在这一方式下，可以把目前已配有陆上AIS基站的自动船只标识系统从沿海水域扩展至公海。由此，以后可以通过飞行AIS基站在监视区域中大面积地（距离最远可达500km）向载有AIS发射机应答器的所有船只询问它们的身份和船只通行数据。然后可以把这些数据从母飞行器发送到地面控制站，以与构成为宽带数据链路的数据链路进行比较，然后，控制站把这些数据转发给AIS中心。在这一方式下，也可以由海上船只创建移动分布图（跟踪文件），从而能够确定船只是否偏离了其计划的线路，这能够推断是否遭遇海盗的劫持。

用于外海保护区域的大面积全天候主动监视的专用传感器装备由专门为此装备的母飞行器携带，并且包含针对夜间和恶劣天气与差的可见度情况下大规模监视的海上应用、由协同操作的脉冲Doppler雷达单元（PD雷达）构成的系统。这一系统可以确定所有船只的位置数据和路线，并且能够把它们的位置与所传输的AIS位置数据加以比较和验证它们的位置。

在因云层密布妨碍可见度的情况下，通过其它装备了具有单脉冲天线组的精确雷达测高仪的母飞行器支持PD雷达设备。当船只直接在飞行于例如15km高度的母飞行器之下行驶时，这些测高仪能够测量海洋表面之上的高度标记，并且能够彼此相对地测量船只高度部件的设置。

在船只仅用雷达捕获而无AIS标识，以及存在对其身份仍有怀疑的船只的情况下，可以使用这样的成像精确雷达测高仪测量船只的具体高度标记，并且可以通过自动图像识别方法把这一高度标记与存储在数据库中的参照标记加以比较。如果把所涉及船只的数据存储在数据库中，则在这一方式下还可以获得唯一和值得信任的自动船只标识。针对每一航行在被监视海域中的具有AIS发射机应答器和AIS标识（Kennung），参照数据库包含雷达测高仪标记。每一个首次进入监视区域的船只记录并且保存这一雷达测高仪标记。在一个独立的参照数据文件中存储和处理不具有AIS标识的船只。还可以通过雷达测高仪尤其是测量目标船只的出水高度，并且把所述出水高度与AIS所获得的有关船只的吃水深度的数据进行比较。从而也能够直接和防伪地测量船只的负载状态。

此外，也可以通过精确测高仪观察可疑船只，甚至是在恶劣天气而看不见地面的情况下，特别是，能够确定可能用于海盗攻击的小船何时从这些船只下水。从而可以可靠地触发海盗攻击警报，甚至是在恶劣天气下或者在地面能见度很差或者根本无地面能见度时。

另外，在被监视的部署区域上航行的根据本发明的系统的若干母飞行器装备了近红外多谱线电子倍增CCD远视摄像机，它们还配有用于在夜间和恶劣天气下操作的人工远程照射设备。这准许在被监视区域中对通过雷达所捕获的所有船只昼夜以及甚至是在由于阴霾、灰尘或者小雨导致的差可见度条件下进行连续和大面积成像光学观察和标识。当由例如厚度达5km的积云构成的密云幕通常妨碍地面可视度时，可以在具有高光放大倍数（300~1000）和极强照度（高达5kW光电流）的EMCCD摄像机的特殊操作模式中，从20km的高度直接在目标船只之上记录目标船只的适合于自动分析的高分辨率多谱线图像。在这一操作模式下，在95% 的全天候条件下，在目标标记测量中，EMCCD摄像机可以取代精确测高仪。

如果所述地面可视度足够，则可以运行专用于大面积和连续成像光学观察的光传感器装备，以通过把目标图像与存储在另一个数据库中的参照图像进行比较而附加地独立地和防伪地标识被雷达昼夜捕获的所有船只，其中，使用自动多谱线图像识别系统进行所记录的图像与参照图像的比较。针对航行在被监视海域中的具有AIS发射机应答器和AIS标识的每一船只，这一参照图像数据库都包含多谱线图像标记。首次进入监视区域的每一船只记录和存储这一多谱线图像标记。在一个独立的参照图像文件中存储和处理不具有AIS标识的船只。

另外，母飞行器还装备了用于飞行器相互之间以及与地面控制站的大面积宽带数据链路连接的发送和接收装备。优选把这一发送和接收装备提供在装备为具有相应发送和接收电子装备的AIS基站并且飞行在高空（15km~20km）的母飞行器中。由此，这些专用母飞行器形成了用于数据链路交通的中继站。

从飞行器在低飞行高度和被保护的船只的附近执行侦察和保护任务。这些也能够盘旋的小型机动的从飞行器可以使用耦合设备落在提供在相应母飞行器的入坞设备上，并且能够从那里起飞。

从飞行器的装备包括具有变焦透镜的可360º旋转的多谱线摄像机和自己的全天候操作的照射单元以及同轴激光测距仪、执行近距离侦察以及与被侦察船只的船员进行有声通信的定向扬声器和定向麦克风。执行保护任务或抵御海盗攻击的装备包括用于警告攻击者的声炮，以及例如能够通过远程控制的火力控制设备精确有针对性地发射到一千米以上距离的燃气压缩波催泪弹的多发火箭武器。

根据本发明的系统包括一个或多个部署组，所述部署组优选由互相协作的并且专门针对特定任务的多个母飞行器组成，它们的联合组合了部署任务所需的所有能力。为了监视大面积海域，可以把所述装备扩展为多个协作的部署组和地面控制装置。

以下将参照附图详细地描述和解释本发明的具有附加实施细节和其它优点的优选的示范性实施例。

附图说明

图1沿飞行方向示出构成为高空飞行器的根据本发明的母飞行器的后视图；

图2示出根据图1的根据本发明的母飞行器的透视图；

图3示出沿图1中线III-III的机翼的横截面图；

图4示出加固的管状翼梁的横截面图；

图5示出母飞行器和耦合于母飞行器的从飞行器的联合体；

图6为根据本发明的高空飞行器的供电设备的示意图；

图7示出从飞行器的透视图；

图8示出装备了脉冲Doppler雷达系统的根据本发明的系统的示意图；

图9示出作为用于船只的AIS（自动标识系统）的基站的根据本发明的系统的示意图；

图10示出装备了具有夜间探照灯的多谱线远视摄像机的根据本发明的系统的示意图；

图11示出具有根据本发明的系统的飞行器的联合体的部署策略的示意图；

图12示出脉冲Doppler海上雷达的作用方式的示意图；

图13示出在根据本发明的系统中使用的成像精确雷达测高仪的示意图；

图14示出图13的精确雷达测高仪的作用方式的示意图；

图15示出在根据本发明的系统中使用的成像单脉冲FMCW精确雷达测高仪的示意图；

图16示出在根据本发明的系统中使用的多谱线图像识别的示意图；

图17示出在根据本发明的系统中使用的、用过滤波的多谱线图像处理的示意图。

具体实施方式

图1以沿飞行方向的后视图示出构成为高空飞机的根据本发明的母飞行器1。DE 10 2011 116 841中描述了这样的高空飞机，特将其所公开的内容全部并入本申请的公开内容中。

把两个机翼13、14在侧面安装在管状机身10（图2）上，管状机身10配有位于机身前端的气球型的尖端12。把基本上垂直延伸的小翼13^′、14^′提供在相应机翼13、14的自由端。把引擎吊舱15、16安装在每一个机翼13、14上，而且安装在距机身大约该机翼长度2/3的位置，在所述引擎吊舱中分别设置驱动马达15^′′、16^′′，其分别驱动所分配的推进器15^′、16^′。可以例如把雷达设备和/或其它用于地面观察的传感器系统提供在构成为屏蔽器的气球型的机身前端12中。

把第三引擎吊舱17安装在拉力塔（Abspannmaste）11的尖端，拉力塔11从机翼向上探出。第三引擎吊舱17还具有一个驱动所分配的推进器17^′的驱动马达17^′′。尽管把图1和2中所示的推进器15^′、16^′、17^′显示为压力式推进器，然而，驱动器装置显然也可以装备牵引式推进器。

拉力塔11不仅从机身10向上延伸，而且还向下延伸到超过机身。左上拉力索18从拉力塔11的上尖端延伸到左机翼13的把引擎吊舱15固定在其上的区域。按同样方式，右上张紧索18^′从拉力塔11的上尖端延伸到右机翼14的安装了右引擎吊舱16的区域。左下张紧索19从拉力塔11的下端延伸到左机翼13的安装左引擎吊舱15的区域，右下张紧索19^′从拉力塔11的下尖端延伸到右机翼14的安装了右引擎吊舱16的区域。

机翼的自由端相对机身和/或拉力塔的张紧确保了机翼将不在加载了作用于其的浮力的情况下向上折迭。除了提供在机翼的自由端和提供在引擎吊舱上的张紧索之外，在机翼上还可以把其它张紧索安装在机翼和拉力塔之间。

首先把垂直延伸的垂直稳定装置20和水平延伸的水平稳定装置21相继地提供在管状机身10的尾端。垂直稳定装置20由提供在机身之上的垂直稳定装置部分20^′和提供在机身10之下的下垂直稳定装置部分20^′′组成。把上垂直稳定装置部分20^′′和下垂直稳定装置部分20^′′均安装在机身10上，并且它们可以围绕一个共同的、与机身轴Z呈直角并且在水平飞行中垂直延伸的垂直稳定装置旋转轴X同步旋转，并且从而形成边舵。

也把水平稳定装置21划分为两个部分，并且由一个位于机身10左侧的左水平稳定装置部分21′和一个位于机身右侧的右水平稳定装置部分21′′组成。把两个水平稳定装置部分21′和21′′安装在机身10上，以使它们一起围绕与纵向轴Z呈直角并且在水平飞行中水平延伸的旋转轴Y同步旋转，并且从而形成升降舵。

把图1和2中象征性描述的起落架30、32分别提供在拉力塔11的下端和垂直稳定装置20的下端。把起落架30、32安装在拉力塔11的下部中和下侧舵20′′中，使得能够以很小的阻力将其抽出。也可以把有效载荷吊舱（未在图中加以显示）提供在机身之下或者机翼之下。

在图2中还看出：机翼13、14在其上侧，在机翼的上区域中构成为透明的表皮45之下具有划分为小面积的太阳能电池面板34、35、36、37。水平稳定装置21也可以按同样方式配有太阳能电池。使用具有良好导热性的胶，把太阳能电池面板弹性地与外表皮连接，以致不会把负荷传递到太阳能电池。

从图3中所示的机翼横截面可以看出：把软管40、41、42、43以及44提供在相应机翼13、14的内部，这些软管沿相应机翼13、14的纵向延伸，即与机身的纵向轴Z成直角，并且将它们按支撑形成机翼覆盖（Tragflügelbespannung）的外壳45的方式并排设置。使用风扇（未在图中加以显示），用周围的空气冷却软管40、41、42、43以及44与外壳45之间的间隙，从而能够把构成为槽的软管40、41、42、43以及44中可能生成的热量消散于周围环境。

另外，图3描述的是把两个软管41、42构成为针对弯曲和折皱加固的气密的管状翼梁46和47。由两个用于加固相应机翼的翼梁所形成的轮廓互相连接并且连接到机身10和支撑拉力塔11。

图4示出穿过加固的管状翼梁46的横截面，与翼梁47一样，翼梁46由一个内管46′和一个沿纵向呈波浪状的外管46′′组成。把内管46′和纵向呈波浪状的外管46′′连续地在形成其粘结位置46′′′的接触面上互相粘结在一起，于是形成了统一的支撑部件。密封的内管46′在此承担软管41的任务，因此可用作氢气或者氧气的接收空间。

例如，内管46′形成为由Kevlar^®膜或者碳纤维强化塑料织物构成的软管，并且例如在50m飞行器翼展的情况下具有0.9m的直径。例如，内管和外管的壁厚为0.1mm。外管46′′的间距例如为5mm，是沿外周方向测量的。

由于由外管和内管形成的封闭的轮廓，为了防止折皱，加固据此形成的管状翼梁，使得其能够利用完全计算的耐弯矩性和总体轮廓的抗折性。另外，按规则的间隔使用具有封闭轮廓的环在内侧加固管状翼梁，这些环把翼梁横截面保持平坦和圆形至完全的耐弯性和抗折性。

因此，管状翼梁具有两个功能，即一方面可作为承载部件和另一方面作为氢气或者氧气的压力贮存器。特别有利的是，在所选择的负荷和操作压力下，压力槽的材料厚度与承载翼梁的材料厚度基本相同，但负荷沿不同的方向作用，从而实际上完全消减了本来要附加提供的部件的重量。

各软管40、41、42、43以及44和管状翼梁46和47形成了用于贮存氢气或氧气的腔体。至少一个软管也可以具有用于贮存产生能量过程中形成在燃料电池中的水的腔体。因此使用根据本发明的具有极大机翼并且能够达到高速的高空飞行器，可以按节省空间的方式把氢气和氧气容纳在具有厚轮廓的机翼中的抗压软管中，因此不形成更多的阻力。

由两个机翼13、14组成的承载面在两端配有小翼13^′、14^′，这两个小翼具有把有效翼展从10增加到16，即60%，而没有飞行重量的任何明显增加。优选小翼13^′、14^′装备舵13′′、14′′，以致高空飞行器能够在适当的舵控制情况下生成直接横向力，其允许具有低阻、例如40º倾斜位置的无滑动倾斜飞行。如果把飞行方向选择为与入射的阳光横向交叉，则可以把太阳光线到达太阳能电池34、35、36、37的入射角度再倾斜40º。因此当太阳的位置为地平线之上15º时，可以把入射角增加至55º。这导致，太阳能电池可以利用80%的太阳能，而不是入射的25%的太阳能，也就是3.2倍。于是，在热带，在6个小时的白天和晚上期间以及在整个白天期间的平均宽度上，白天期间输出的能量几乎翻倍，而日平均值可增加至最大可能值的85%以上。

图5示出母飞行器1，其具有耦合的从飞行器2，以下将更详细地加以描述。在耦合设备52（仅示意性地加以描述（图2））的协助下，当飞行时，可以把从飞行器2与母飞行器1去耦合，然后也可耦合回母飞行器1。此外，可以经由耦合装置从母飞行器1向从飞行器2补给燃料。为此母飞行器1在其下侧（优选在机身10的下侧）配有耦合设备50，其中设置了耦合装置52。针对从飞行器2的耦合设备50可以旋转地向下离开机身，以启动从飞行器2。当从飞行器2降落在母飞行器1上时，耦合设备50也处于向下旋转的位置。然后在那里，从飞行器2可以被捕获并锁在耦合设备52上，其中可同时在母飞行器1和从飞行器2之间建立补给燃料的连接。为了飞行，可以通过耦合设备50的旋转把从飞行器2向上升起至机身10的下侧。

母飞行器1和从飞行器2的这一配对为根据本发明的空对地监视和/或武器系统中的最小单位。

实践证明，电驱动马达特别适合于母飞行器1和从飞行器2各自的推进器驱动器。用于各飞行器及其有用负载的电驱动马达和其它电耗件的驱动电能优选由如图6中所示的光致电压供电设备生成，所述光致电压供电设备配有至少一个把入射的太阳辐射能S转换为电能的光致电压太阳能发电机101、光致电压太阳能发电机101的调节设备以及至少一个用于通过水生成氢和氧的水电解单元（仅在母飞行器中）。

供电设备还包含至少一个经由第一水管线连接到水电解单元（氢生成器104）的水贮存器106，该水电解单元在恒定地面压力下操作。从水电解单元，母飞行器中生成的气体通过泵从地面压力被置于机翼槽的贮存压力1.2巴压至2.2巴。机翼槽包含至少一个氢贮存器107，优选由第一腔体形成氢贮存器107；以及氧贮存器108，由第二腔体形成并且经由第一氢管线和第一氧管线将其连接到水电解单元。

供电设备还包含至少一个氢贮存器和氧贮存器，每一个均从机翼槽获得供给，并且保持为恒定地面压力，而且具有至少一个燃料电池，燃料电池经由第二氢管线连接到氢贮存器以及经由第二氧管线连接到氧贮存器。

燃料电池利用贮存在母飞行器或从飞行器的各自槽中的两种气体—氢气和氧气生成水和电能，并且经由第二水管线连接到水贮存器，后者也在地面压力下操作。供电设备具有电连接到太阳能发电机、水电解单元以及燃料电池的控制装置103，并且控制装置对供电设备进行控制，以向有用负载、电解单元、马达以及设备控制器提供足够的电力。

图6描述了具有呈氢气和封闭的水形式的的能量贮存器和氢气和氧气材料循环的完整的太阳能驱动器。所有设备和马达在氢气氛中1.2巴的恒定压力水平下操作。在氢和氧贮存器中也维持这一压力水平。

图6描述了一个形成太阳能发电机101的发电机，其接收辐射太阳能S。太阳能发电机101在其面对太阳Q的表面上配有太阳能电池101，把这些太阳能电池安装在载体部件112上。尽管仅作为实例在图中描述了一个配有太阳能电池110的载体部件112，然而太阳能发电机101显然也可以具有多个配有太阳能电池101的载体部件112。太阳能发电机也可以具有除了使其能够通过太阳辐射能生成电能的太阳能电池之外的其它技术。

通过电力分配系统114的第一电力线路113发送太阳能发电机101中所生成的电能。中心控制装置103控制电力分配系统114，以把经由第一电力线路113输送的一部分电能转发给构成为氢电解单元的氢生成器104。

例如，如果电能贮存机构105（例如，蓄电池）不能充足地被充电，把引入电力分配系统114的另一部分电能发送给能量贮存机构105，以向其充电。把输送给电力分配系统114的其余电能发送给耗件连接端102，可以从耗件连接端102把光致电压供电设备所提供的有用的电能输出给电耗件120。

电能贮存机构形成缓冲贮存器，当太阳能发电机短时间内不能接收到足够的辐射太阳能时，缓冲贮存器可以短暂地输出电能。因此，这一电能贮存器可用于弥补激活燃料电池所需的时间，或者，如果不能激活燃料电池，例如从诸如飞行操作中可能出现的阳光暂时被遮蔽到阳光再次充分照射太阳能发电机之前这段时间，也可由这一电能贮存器加以弥补。

从高空飞行器的第一腔体（例如，机翼13中的软管40）所形成的水贮存器106经由第一水线路160向构成为氢电解单元的氢生成器104供水。在第一水线路160中提供了一个电操作阀162，控制装置103可以经由第一控制线路130对电操作阀162加以控制，以控制从水贮存器106到水电解单元104的水流。

通过第二电线路140输送的电力分配系统114所提供的电能，把引入氢生成器104的水分裂为氧和氢。通过第一氢线路144把氢引入氢贮存器107，通过把氢排出到其余软管41、42、43、44的第一部分所形成的氢机翼槽154中把氢贮存器107保持为1.2巴的恒压。通过第一氧线路145把氧引入氧贮存器107a，通过把氧排出到其余软管41、42、43、44的第二部分所形成的氧机翼槽155中把氧贮存器107a保持为1.2巴的恒压。如果贮存器中的压力下降到1.2巴以下，则通过使用气泵把气体泵出机翼槽的二次泵出操作来维持所述压力。

在第一氢线路144中，提供了可电操作阀146，控制装置103通过第二控制线路132可以对可电操作阀146进行控制，以调节第一氢线路144所输送的氢的流量，并且抑制从氢贮存器107向氢生成器104的氢的回流。

氧线路145采用了类似的操作规程，为此，其具有也由控制装置103控制的可电操作阀147。

另外，图6还示意性地描述了通过第二氢线路180从氢贮存器107输送氢以及通过第二氧线路180a从氧贮存器107a输送氧的燃料电池108。

当要求高电力/重量比率时，取代燃料电池，可以提供具有连接在后的第二发电机的氢-氧内燃发动机，优选装备废气涡轮增压器和高压氢气注射装置。

在第二氢线路180中也提供可电操作阀182，控制装置103经由第三控制线路133对可电操作阀182进行控制，以控制流过第二氢线路180的氢体积流。第二氧线路180a采用了类似的操作规程，为此，其具有也由控制装置103控制的可电操作阀181。

燃料电池108（或氢-氧内燃发动机）具有吸入开口184，通过吸入开口184氧可以从氧贮存器107a进入。通过一种已知的方法，在氢-氧燃料电池108（或具有发电机的氢-氧内燃发动机）中利用所输送的氢和氧生成电能，然后经由第四电力线路186把这一电能发送给电力分配系统114。

把氢和氧重新燃烧过程中燃料电池108（或氢-氧内燃发动机）中所形成的水通过第二水线路164引入水贮存器106。在第二水线路164中，也提供了能够由控制装置103经由第四控制线路134加以控制的可电操作阀166。

经由第五控制线路135（图6中虚线所描述的）把控制装置103连接到电力分配系统114，以控制电力分配系统114，从而控制了经由第一电力线路113和第四电力线路186引入电力分配系统114的电能的分配。

另外，也经由第六控制线路136把控制装置103连接到水电解单元104，以控制水电解单元104。第七控制线路137把控制装置103连接到燃料电池108（和/或具有发电机的氢-氧内燃发动机），以控制燃料电池108。

如图6中所示，在水电解单元104和燃料电池108（和/或具有发电机的氢-氧内燃发动机）之间形成氢（H₂）、氧（O₂）以及水（H₂O）的一个闭合回路，由箭头加以表示，所述闭合回路包括水贮存器106、氢贮存器107以及氧贮存器107a。由于为闭合回路，所以污染物不会进入系统，而且可以把系统的工作压力始终保持在一个有利的水平上，而不管飞行高度如何。

于是，提供在此处所描述的母飞行器中的光致电压供电设备（也提供在从飞行器中，但不具有氢生成器），仅通过辐射太阳能S，从外部接收电力，其中，把所生成的某些电能用于填充缓冲贮存器（电能贮存机构105和氢贮存器107），然后，可以从中接收所贮存的能量，并且当高峰负荷需要时或者当仅有很少或者无辐射太阳能S可用时，将其作为电能分配于耗件。

如此所生成的电能也驱动操舵发动机，操舵发动机按此处所描述的形式激活用于滚动控制的副翼舵13′′、14′′、用于偏转控制的边舵20以及用于俯仰控制的升降舵21。

贮存在机翼槽中的氢完成有浮力的气体的任务，与此同时还完成作为燃料电池的燃料的任务。替换地，也可以使用后阶段废气涡轮增压器和高压氢气注射装置，根据内燃发动机原理，通过氢-氧内燃发动机操作无人机（母飞行器或者从飞行器），这几乎达到了与使用燃料电池的电马达相同的功效，但具有较轻的设计。为此，与电马达相比，内燃引擎产生了比电马达更多的振动，噪音偏大、而且消耗了更多的制冷能量。

当足够的辐射太阳能可得时，在这一供电设备中并行地提供光致电压太阳能发电机、氢气电解装置以及燃料电池，能够使用太阳能发电机所生成的某些电能利用水产生氢和氧，于是，在夜间当辐射太阳能不再可得时，或者当辐射太阳能不适当时，可使用这一氢，在夜间当辐射太阳能不再可得时，为了生成电能，使用燃料电池，在燃料电池中把这一氢与氧重新燃烧形成水。

因此，光致电压供电设备配有控制装置103，其设计旨在当辐射太阳能可得时，把太阳能发电机所生成的电能提供于供电设备的电耗件连接，当辐射太阳能不可得时或者当对于给定的能量需求太阳能发电机所生成的电能不足时，其激活燃料电池，以向耗件连接提供电能。于是，这一控制装置确保了当很少有或者没有太阳能可用时能够自动地激活燃料电池。

当存在辐射太阳能时，控制装置103把太阳能发电机所产生的一部分电能提供于水电解单元，而且其把水从水贮存器提供于水电解单元，从而激活水电解单元，以利用提供于其的水生成氢和氧，然后将其贮存在氢贮存器和/或氧贮存器中。当太阳能发电机不提供任何电能或者电能不足时，总是把太阳能发电机所产生的电能的一部分用于操作水电解单元，以产生燃料电池生成电能所需的氢。接下来，控制装置可以控制提供于水电解单元的电能的量或者作为可得氢供给的一个函数的水电解单元的工作时间。

在这一方式下，太阳能发电机直接提供的电能或者经由太阳能电池间接生成的电能总是可得的。这一系统的唯一的能量输入是辐射太阳能，因为水、氢以及氧形成了具有针对水、氢以及氧的贮存器的回路。这一封闭回路的优点在于无杂质能够干扰操作。而且，总能够维持恒定的操作环境压力，而不管飞行高度如何，并且不需要在高空对燃料气体进行压缩的压缩器的工作。

如果飞行器装备了完全可移动的升降舵21′、21′′以及侧舵20、20′′（优选使用一个长尾单元杠杆臂将它们安装在机身10上），则还可以提高母飞行器的机动性。也可以按与机翼相同的方式构造这些升降舵和舵，从而能够以极轻的重量实现飞行器的极有效的机动性。

以上所描述的母飞行器的机上电源以及从飞行器补给燃料的选项为根据本发明的系统的特别长的部署时间提供了可能。

使用此处所描述的根据本发明的母飞行器的实施例（也可以将其称为母飞行器），在几乎覆盖飞行器的整个顶表面（即，机翼、尾单元以及机身）的薄膜太阳能电池的协助下，通过相应飞行动作，与与太阳相关的太阳能电池的一个有利的、可获得更多能量的朝向相结合，利用太阳能直接生成电能。由于在白天期间必须以氢气的形式，为夜间飞行收集提供于适当数量的可贮存和可回取的能量，所以与机翼的面积相比，太阳能发电机的面积必须足够大。例如，在一个例如具有25米翼展和4kg/m²以上面积载荷的较小的飞机上，太阳能发电机必须比生成浮力的机翼面例如大50%~70%，以能够为夜间飞行收集足够的能量。

对于其它设计参数，可以根据本发明，在考虑到能量贮存和能量回取的情况下，为白天和夜间飞行编排相应的能量平衡，确定所要求的太阳能发电机的面积。为此，使用了充分大的机身，在其顶侧具有更多的太阳能发电机面积，并且针对夜间操作为氢气的贮存提供了更多的空间。为了把最佳贮存能力与最小空气阻力相结合，这样地设计机翼：具有6~8的长度-直径比、机翼的前缘和最大轮廓厚度之间的距离为50%~60%、并且具有非常平滑、良好的流体动力表面，从而在达最大厚度的机翼上维持了层流，而且机翼具有非常低的空气阻力。在具有最大厚度的面积中，机身表面还配有纵向具有所谓拉条的精细纹道的表面，它们把从层流到湍流的转换点进一步移向后方，从而进一步降低了流阻。为了最小化氢贮存的重量，把根据本发明的机身设计为具有薄Kevlar^®膜的气球，其中，例如，薄Kevlar^®膜的厚度为200µm，直径为1m，操作压力为10巴，于是，例如，能够把大约6kg的氢存放在仅重8kg的加压的腔体中。

使用太阳电流，以氢的形式产生贮存的能量，发生在通水电解单元中，即通过对从贮存器中取出的水进行电解产生这一能量。

另外，如果对电力的需求大于机上太阳能系统可提供的电力，则可以使用来自加燃料器的氢气为母飞行器补给燃料。把氢气贮存在飞行器的机身中，因此飞行器配有一个呈非刚性气船方式的、可容纳氢的外壳。另外，也可以把氢贮存在机翼的超承压的软管中。使用碳纤维轻型结构的管腹工字梁，把机翼的这些翼梁管中的至少两个从内部加固，以吸收压缩应力，并且将它们牢牢地结合在一起。通过张紧索加固机翼，并且经由附加的压杆把纵向压缩负载从张紧索的基部返回至翼梁加固装置，如以上已经描述过的。把翼梁和压缩杆固定地连接到构成为管腹工字梁的机身翼梁的背部，以形成一个单元。使用可防UV的Kevlar^®膜覆盖机翼。这一设计准许机翼具有极轻型的结构和高的表面质量。

此处描述的极轻氢贮存器用作浮力部件，为维持近地飞行配重的一个主要部分，从而减少了所需的驱动电力。

机身也可用作无线屏蔽器，因此具有可容纳一个或多个雷达单元以及数据链路系统的大的直径。这些雷达单元和数据链路系统也可以使用太阳能进行操作。

直接把所贮存的氢作为推进剂提供于其的氢内燃发动机可用于驱动飞行器。这些氢内燃发动机通过压缩机充气以及高压下的氢注射达到了极高的效率。

如果使用一个在转子轴上具有一个下垂铰链的非常大的可折叠推进器，也是有利的，其中，对于不宜使用大推进器的机动飞行而言，可以把可折叠推进器从驱动器上去耦合。具有这一下垂铰链的推进器使母飞行器能够以很小的振动、低能耗地飞行，从而准许飞行器在机上使用具有长焦距的远视摄像机，也由太阳能驱动。

如果按此处所描述的方式设计机翼：即具有用于释放弯曲应力的高拉伸性、管子架翼梁和管子架翼展以及此处所描述的张紧索，并且覆盖了可防UV的Kevlar^®，其处于很轻的内部压力之下，因此可设计一个特别高效、具有极高表面质量的无折皱和无折痕机翼，这一机翼能够采用具有极低空气阻力的板状轮廓，于是导致了飞行的低能耗，从而能够由太阳能所覆盖。

详细地讲，母飞行器具有以下更多的优点：

· 可以使用具有实际无限飞行时间的太阳能监视地面和地面附近的空域；可以在夏天和冬天昼夜维持太阳能驱动的高空飞行，并且具有几乎无限的寿命和飞行重量的高负荷率（例如，50%）；

· 一组具有良好供电和低功耗的母飞行器的成员可以在空中向具有高能量需要的成员补给燃料；

· 所有母飞行器可以载有部署面积中具有VLTO能力和特殊武器的小型、快速、机动的从飞行器，并且可以在空中释放它们和使它们降落，以及在空中补给燃料；

· 由于把它们设计为传感器和数据链路系统的无线屏蔽器，所以母飞行器可以载有大的轻型天线，从而准许这样的具有低重量和低能耗的系统的构造；

· 由于使用了专用大型推进器，母飞行器能够以低功耗飞行，同时它们可以使用推进器的转子轴上的下垂铰链以极小的振动飞行，从而准许使用具有长焦距的机上的远视摄像机；

· 由于使用了以上所描述的特殊设计的板状机翼以及使用了氢贮存器的静态浮力，母飞行器能够以极低的功耗飞行。

与母飞行器相比，就其飞行性能而言，从飞行器小得多和快得多，由于使用了具有声音吸收功能的马达和使用了有罩的低负荷推进器，如图7中所示，它们还能够极安静地飞行。

从飞行器2具有一个其上安装了机翼202的机身200以及一个提供在尾部面积中的空气动力高效驱动器204。通过一个管状纵向翼梁206，把驱动器单元204连接到机身。

驱动器单元204由一个位于一个之上排列的3个机翼组合件的空气动力结构组成，即由一个下机翼组合件208、一个中机翼组合件210以及一个上机翼组合件212组成。这一3个一组的机翼设置配有侧壁214、216，它们把机翼端部互相连接，并且在纵轴上弯曲，与机翼208、210、212一起形成了一个类似盒子的、各边封闭的3个一组的结构，因此空气能够沿纵向方向流过这一结构。这一盒状结构沿纵向方向从前向后延伸的内部配有4个管状腔218、220、222、224，每一个在其前侧和后侧均为开放的，因此空气能够从前方到后方流过腔体。在每一个腔体的前侧提供了一个相应的具有推进器226′、228′、230′、232′的驱动单元226、228、230、232以及驱动各推进器的电驱动单元226′′、228′′、230′′、232′′。

由于在4个水平腔体中使用了这一三层栅格的机翼，其中，每一个腔体暴露于来自有罩的推进器的迎面流，所以从飞行器高度机动。后机翼208、210、212在后端分别配有水平舵襟翼（升降舵）208′、210′、212′以及能够互相独立加以控制的纵向舵（侧舵）213。由于这些舵和升降舵暴露于来自推进器的气流的迎面流，所以能够实现围绕纵轴和俯仰轴对从飞行器的非常有效的推力向量控制。于是，通过飞行控制装置201的适当控制，从飞行器也能够垂直于推进器流平衡，从而可进行盘旋飞行或者垂直起飞或者垂直降落。

根据本发明的这一从飞行器还具有盘旋能力，甚至是在存在强侧风的情况下，并且能够垂直起飞，甚至是在船只尚未准备好飞行器降落时，并且能够锚定在那里。这些特性使从飞行器能够在需要时降落在船只上的某一位置，并且能够长时间锚定在一个可提供船只环境良好视野的位置，从而允许被保护的船只上机动地起飞与降落。

根据本发明的从飞行器还装备了呈近红外变焦摄像机240的形式的可旋转360º的昼夜成像传感器，其中，把近红外变焦摄像机240装在设置于机身200的前端上的机壳242中，并且能够沿各个方向加以旋转。通过作为惯性参照的GPS INS设备稳定摄像机240的视线。另外，也可以提供一个适合于摄像机视野的远距探照灯。而且，为了与移动的船只上的船员进行通信，也可以把定向麦克风和扬声器提供在机壳242中，从而能够在船只的船桥附近慢速飞行或者盘旋飞行过程中，进行可达50m距离的通信。

另外，从飞行器在其尾部配有一个设备支架250，设备支架250也能够沿任何方向与摄像机240同轴地旋转，并且具有一个其中能够提供火箭发射器和用于燃气压缩波催泪弹瞄准射击的火力控制系统的外壳252。从警告射击到摧毁目标的过程中，能够通过对打击点的自由选择，自由选择这样的压缩波催泪弹（在图7中，作为一个实例，描述了其中的一个压缩波催泪弹260）的效力。

而且，把一个声炮（例如，超声波声炮254）提供在设备支架250上，通过设备支架250，可以把所瞄准的目标暴露于高声压中，甚至是在较长距离的情况下。

例如，也在从飞行器2机上（例如，在机身200中）提供的通信系统270准许在数据链路272上与母飞行器1进行通信。

在飞行期间，从飞行器2可以通过提供在耦合装备中的燃料补给系统从母飞行器1接收氢和氧。从飞行器2可以通过燃料补给设备把燃料电池中燃烧所形成的水返回至母飞行器1。

详细地讲，从飞行器还具有以下优点：

· 与大而慢的母飞机相比，从飞行器的优点在于不易损坏，它们的优点还在于既装备了非致命武器，也装备了致命武器，并且能够装备用于短程通信的装置。因此它们能够很好地用于

○ 对船只的近距离观察；

○ 在未建立射频连接的船只之间，通过扬声器和远程定向麦克风进行有声通信，因此，它们能够在与其进行通信的船只的船桥附近盘旋；

○ 在装备了精确发射燃气压缩波催泪弹的火箭发射器的应用的情况下，用于给予警告射击和对海盗的强有力的防御；

○ 武装护航时，对于穿越有危险海域的航行，可降落在加以保护的船只（特别是，例如，客船或者油轮）上，并且能够安全地锚定在那里，以及经由数据链路保持与地面控制站的连接；

○ 与船员的船员交换信息，从地面控制站向被保护的船只发布警告或者发布所建议的逃避策略；

○ 使用机上昼夜传感器搜寻加以被保护的船只周边的海盗，并且发布有关攻击的提醒警告；

○ 在地面站的控制下，使用机上武器，在足够远的距离抵御海盗攻击，从而可以保护被保护的船只不受海盗射击；

· 在海盗攻击时，它们可以很好地劝诱以及临时维持由降落在最近母飞行器上的从飞行器提供的支持；

· 当缺乏燃料时，优点在于，它们可以从被保护的船只垂直起飞，可以飞至下一个母飞行器，在飞行期间从这一飞行器上补给太阳能氢气，并且能够以足够的量把这一气体贮存在构成为压力贮存器的机身中，所述机身被设计为由可防UV的Kevlar^®膜制造，因此，有利地以短的补给燃料间歇一直采用，直到其武器供给枯竭和需要重新装填为止。

· 在保护部署结束之后，从飞行器可以停泊在最近的母飞行器的甲板上，牵引和燃料补给装备允许空中补给燃料，并且可在直至下一个部署点的较长距离上加以支持。

在其中船只需要特别保护，或者因其它原因无升空的从飞行器的情况下，也可以把甲板集装箱提供给被保护的船只，所述甲板集装箱具有发射系统和一个或多个当有海盗攻击风险时起飞的从飞行器，因此，它们能够使用它们的传感器监视船只周围情况，并且在海盗攻击时它们可以启动，并驱散带有武器的海盗。为了做到这一点，经由数据链路把配置在船只上的从飞行器通过高空飞行的中继飞行器（例如母飞行器）连接到地面控制站，从所述地面控制站远程控制和远程操作从飞行器。部署之后，可以再次自动地向从飞行器补给燃料和补充其弹药。

在根据本发明的系统的一个部署队中，具有多个母飞行器1，每一个装备了一个从飞行器2，但具有不同的传感器装备，即：

· PD海上雷达母飞行器300（图8），其可以装备脉冲Doppler海上雷达单元310并且分别具有能够在水平面中旋转360º的2m的雷达无线电收发机天线312，其中，把雷达无线电收发机天线312装在设计为无线屏蔽器314的机身中。于是，雷达天线具有从水平线到水平线之下30º的位置的自由场，并且在尾端驱动马达只有很小的盲角。另外，PD海上雷达母飞行器300还装备了0.5m的数据链路天线316，通过数据链路天线316可以与从飞行器、数据链路母飞行器540交换数据，数据链路母飞行器540用作至地面控制站350的中继站。

· 精确雷达测高仪母飞行器400（图11和13），每一个装备了2m的具有信号分隔的雷达无线电收发机天线，优选针对具有350MHz带宽和0.4º极窄辐射瓣的35GHz FMCW操作装备这一雷达无线电收发机天线，从而能够垂直向下以及水平地稳定。为此，提供了用于与从飞行器进行数据交换的可旋转的0.5m的数据链路天线和用作中继站的数据链路母飞行器。

· 数据链路母飞行器500（图9），每一个装备了两个具有2米直径的无线电收发机天线510、512，它们位于机身中，并且可在水平面中旋转360º，如在PD海上雷达母飞行器300的情况下。另外，这一数据链路母飞行器还具有0.5m直径的数据链路天线，即可以与从飞行器以及其它母飞行器进行数据交换。每一个数据链路母飞行器500，优选保持在15km~20km的高度上，也具有机上AIS基站520。AIS船只标识系统操作于频率为161MHz和162MHz的VHF范围内。该系统由基地站中的询问应答机组成，其装备了长度4倍于1.85m（即，7.4m）波长的YAGI定向天线522，能够通过把飞行器500对准目标区域瞄准这一询问应答机，从而可以围绕水平线旋转360º。可以沿飞行方向把这一YAGI天线安装在机身内部，例如，安装在机身中所提供的氢槽中。在背面，用金属丝网的反射器罩住天线，以获得较小的尾波瓣。朝前的天线波瓣约为40º宽，并且具有15dB的天线增益。另外，AIS基站520具有一个接收器，该接收器接收所有发射机应答器答复，并且记录它们，然后经由至中心AIS办公室550的另外的中继飞行器540可选地把它们转发给船舶跟踪。把一个发射机应答器提供在每一个加以询问的目标船只530、532、534、536上，以使发射机应答器能够响应询问把船只位置数据和船只航行数据（例如，货物、船员数目、吃水深度、起始和目的港口）发送回发射机应答器。使用360º的天线发射发射机应答器答复，并且能够在类似雷达屏幕的显示屏幕上对其进行分析之后，由水平范围（大约20~30海里）内的所有装备了AIS的船只加以接收，然后用于防止冲突。

· 多谱线传感器母飞行器600（图10），每一个载有2m的数据链路无线电收发机天线610，其可沿水平线旋转360º，并且也安装在机身中，优选由Kevlar^®膜构造。于是，这一天线具有从水平线到水平线之下30º的自由视野，并且在机身中的远视装置处只有很小的盲角。数据链路天线610用于提供与作为中继站操作的数据链路母飞行器540的数据交换。另一个0.5m的数据链路天线612用于提供与从飞行器620、622的数据交换。这些多谱线传感器母飞行器600均装备了至少一个近红外远程摄像机614，使用近红外远程摄像机614可以进行船只630的多谱线图像记录。这些多谱线传感器母飞行器的一个特性是，它们的专用推进器结构具有装备了下垂铰链的大推进器616、617、618，于是，这些多谱线传感器母飞行器600能够以最小的振动飞行。

于是，一个完整的部署组包含以下无人机，在部署期间，对其进行如下操作与引导：

· 4种类型的12个母飞行器：雷达母飞行器、数据链路母飞行器、多谱线传感器母飞行器、精确雷达测高仪母飞行器，

· 能够盘旋，也能够携带的12个武装的从飞行器，

· 由于飞行期间呈太阳能氢形式的太阳能产品和贮存器以及相互间空对空的燃料补给，母飞行器可以停留在空中达实际上无限长的时间。

· 在部署期间，从一个或多个指挥和控制地面站引导多个部署组，并且由来自地面站的远程控制飞行员驾驶、传感器以及武器操作人员驾驶和操作。于是，每一个飞行器全时、全条件下处于地面站飞行员和操作人员的控制下。

· 如果数据链路中断，则启动一个安全程序，把各飞行器带入高空，并且引导其进入一个安全飞行状态，直至能够建立一个数据链路。如果不能恢复所述链路，则所述安全控制试图经由卫星射频建立一个与地面控制站的窄带连接，并且试图从那里获得更多的指令。如果问题继续存在，则飞行器能够在范围内自动返回紧急降落站，与此同时，如果GPS INS导航系统依然工作，则发射紧急信号。如果不能够这样做，则把飞行器引至一个人口稀少的对方，在那里将其摧毁。

· 对于实时的命令和数据交换，经由数据链路基站飞行器、通过其自己的宽带数据链路将地面站350连接到所有飞行器。此处，可以沿天线的方向，按朝任何侧的高数据传输率，使用根据本发明的数据链路，通过中继飞行器跨接300km~ 400km的距离。在特定的情况下，所述连接可以在相应的飞行高度、按明显降低的数据率、在一次传输中，最远跨越800km。

· 为了监视大海上面积，可以协同使用多个部署组，从而可监视大的面积。例如，使用15个部署组，能够保障从吉布提到蒙巴萨非洲的整个合恩岛周围海岸的安全。这15个部署组的开销不超过一架海上巡逻机的开销，所以能够在舰上通过地面控制站，从两个护卫舰加以引导。

通常部署中的部署组将采用图11中所描述的战术编队在内部被保护区域上创建一个安全面积。

至少两个作为具有询问应答机传输器的AIS基站520的高飞数据链路母飞行器500监视保护区域的最近部分，就护送而言，把AIS系统的功能扩展至公海之外500km的距离，并且使用激活的AIS发射机应答器询问所有船只330，把它们的位置、路线与速度以及它们的船只航行数据转发给地面控制站350，并且在地面控制站中创建一个具有所有已知船只和船只通道数据的详尽的跟踪文件。

在高空，由PD海上雷达母飞行器300所形成的至少3个PD雷达站创建了一个500km长和280km宽的外部保护区域，因此，在这一区域中，可以通过脉冲Doppler雷达、从两个不同的方向对每一个船只的目的地加以定位，于是，可以发现每一按最低速度移动的对象，而不管其航行方向如何，甚至是在全天候条件下。

至少两个具有成像单脉冲精确雷达测高仪的母飞行器400正在雷达保护区域A的前方移动，并且在每一进入外保护区域B而且不能清晰加以标识的船只上方飞行，它们测量其地面之上的雷达高度标记。使用一个自动图像识别系统把这一信息与保持在标识数据库中的参照标记进行比较，从而准许每一已知较大船只的防伪装标识。

例如，使用多谱线远视摄像机614，由至少3个高飞母飞行器600创建了一个280km长×100km宽的内保护区域C，以致能够：

· 对周边具有适当可视条件的低雷达可视性的小船只的渗透，可视地连续扫描这一区域，以及

· 可视地标识进入这一内部区域的所有船只，即，使用它们的多谱线图像标记、通过一个自动图像识别系统、通过与按防伪装方式保持在文件中的参照标记进行比较，进行这一标识，并且连续地监视它们的行为，以及

· 在差的可见度情况下，通过雷达测高仪连续地搜寻这一区域，以检测具有低雷达可视性的小船只的渗透，以及

· 雷达测高仪标识进入内部区域的所有船只，并且连续地监视它们的行为，以及

· 针对可疑或者有威胁的行为，可视地或者通过雷达测高仪连续地监视进入内部保护区域 中的所有船只，从而能够检测出迫近的海盗攻击，以及

· 通过武装护航追踪无标识或者可疑的船只，以及

· 武装的从飞行器可以在10分钟之内赶到，援助受到攻击或者受到威胁的船只，

· 可以在有人地面站的控制下，在整个保护范围创建所有被检测到的海上船舶的完整的跟踪文件和完整的标识文件，与AIS数据比较，观察所有船只，并且标识它们或者弄清它们的意图，以能够迅速检测到和防止迫近的海盗攻击。

使用根据本发明的这一海上监视系统，优点在于，能够使用母飞行器上太阳能系统所生成的太阳能氢气，在整个监视区域的保护范围内无时间周期限制和低开销地操作所有远程控制的无人飞行器。可以通过母飞行器的空对空燃料补给，在母飞行器之间互相输送太阳氢以及向从飞行器补给燃料。

部署组的母飞行器能够很好地执行以下各使命：

· 把操作的AIS范围从沿海水域扩展至公海及公海之外，

· 在空闲时间期间，在部署面积中及其附近长期部署从飞行器。

· 在低空、节能慢速飞行过程中，以氢气的形式收集能量，以及

· 可以提供母飞行器和从飞行器的空对空燃料补给，与它们的机上太阳能系统相比，母飞行器和从飞行器的空对空燃料补给具有较低的能量需求

· 在一个直径可达150km的面积中，从13km以上的高度进行雷达海上监视。

· 使用精确率或测高仪以及自动分析系统、穿过封闭的云盖，通过AIS或者雷达捕捉，对船只进行自动标识。

· 在最高达40km的距离，利用地面可视度，对船只进行光成像多谱线海上监视、观察以及自动标识。

· 部署组、地面控制站以及AIS中心办公室中所有参与者的数据链接。

· 能够进行单纯观察、与不能加以识别的船只的船员接触、以及使用从飞行器对海盗袭击进行渐进的武装防卫。

使用根据本发明的这一海上监视系统，还能够提供一种根据本发明的飞行器系统，使用一个根据本发明的适当的部署方法，能够长期监视被保护的海上船运线路，并且可以使用适当的装置抵御海盗袭击。具有以下更多详细描述的优点的、在一个或多个指挥地面站的控制下的一队航空器，能够更好地用于下述目的：

· 可以使用具有实际上无限飞行时间的太阳能监视地面和地面附近的空域，以及

· 可以冬夏、昼夜维持太阳驱动的高空飞行，具有实际上无限的寿命以及飞行重量的高有效载荷容量（例如，30%）。

· 具有良好电源和低功耗的部署组的成员可以使用氢气在空中向具有高能耗的成员补给燃料。

· 适合于用作雷达母飞行器，并且能够使每一个部署组载有3个根据本发明的脉冲Doppler雷达传感器装备单元，就每一个这样的装备单元而言，每一个飞行器具有一个2m的天线，例如，在连续的部署中，并且能够使用与地面站的全数据连接进行操作，甚至还能够发现、定位以及跟踪较小目标船只的路线，例如，具有小雷达截面的渔船或者木制独桅三角帆船，例如，在150km的长距离范围。

· 适合于用作雷达测高仪母飞行器，并且能够每一个部署组载有3个根据本发明的脉冲Doppler雷达传感器装备单元，例如，在不变的部署以及与地面站和AIS的全数据连接中，对于每一个部署组，每一个飞行器具有一个2m的无线电收发机天线；而且还能够从云上高空进行对船队中船只的跟踪、定位，甚至是针对较小的目标船只，例如，具有小雷达截面RCS的渔船或者木制独桅三角帆船，如果一个参照标记可得的话，标识该参照标记，并且跟踪它们的路线，甚至是在无地面可见度的恶劣天气下。还能够准备进入监视区域的所有船只的参照标记，并且将它们传输到地面站，以补充跟踪文件。

· 适合并且能够根据地面站、通过机上计算机控制传感器的使用以及在机上与部署组的其它传感器相结合进行自动初步分析，从而能够最小化数据链路的负荷。

· 适合于作为摄像机基站飞行器，并且能够载有和操作根据本发明的3个光多谱线传感器装备单元，例如，就每一个这样的装备单元而言，每一个飞行器具有35cm的透镜和2m的数据链路天线，并且能够跟踪、定位以及标识小目标船只，例如，白天能够跟踪、定位以及标识40km的长距离之外的小快艇或者小舢板，夜间能够跟踪、定位以及标识20km的距离之外的小快艇或者小舢板。适合并且能够根据地面站、通过机上计算机控制传感器的使用以及在机上与部署组的其它传感器相结合进行自动初步分析，从而能够最小化数据链路的负担。

· 也能够准备进入监视区域的所有船只的光多谱线参照标记，并且将它们发送于地面站，以补充跟踪文件。

· 适合并且能够把所记录的传感器信息呈压缩形式实时地通过自己的具有2m天线的数据链路传输到下一个数据链路中继器或者地面站，至远程控制飞行员和传感器操作员以进行分析，并且从地面站接收命令信号和控制信号以及实时地、很小延迟地执行。

· 适合并且能够载有一个装备了武器的从飞行器，具有部署组的所有成员，通过空中释放，将它们带入部署中，在部署之后，将它们再次加以牵引。

· 适合并且能够作为载有数据链路系统的数据链路母飞行器，所述系统具有两个独立的2m的远程定向天线，该天线可以针对每一个母飞行器旋转360º，并且将它们带入部署中，还可以经由一个较小的可独立的可移动的通信天线建立至附近雷达母飞行器和至附近从飞行器的数据传输。

· 作为从飞行器，适合并且能够使用具有武器（即，超声波声炮和火箭发射器）的根据本发明的装备，由于具有激光距离探测器内置的可旋转360º的变焦摄像机和内置的火力控制系统，所以能够精确瞄准的方式用于反恐部署和防海盗部署，并且能够用于短距离（100m~1000m）作战攻击组。

· 由于使用了具有诸如慢速飞行和盘旋飞行以及垂直起降的特殊飞行性能的从飞行器的使用，所以准许武器的使用和有声近距通信装置的使用。

· 作为从飞行器，其适合并且能够在风大浪急的海面4导致天气条件恶劣时垂直降落在要求特殊保护的船上的准备好的表面，并且能够锚定在那里，而且能够不断监视船只周围情况和迅速检测萌芽状态的海盗袭击。

·其能够通过适当的武器装备、在海地控制站的控制下、在足够远的距离，防止所检测到的海盗袭击，因此，能够保护船只不受海盗攻击。

· 能够在地面控制站的控制下、经由链接于被保护的船只的数据链路迅速地向被保护的船只的船员发送有关严峻情况的警告，可以劝告他们，例如，在不明情况下，可以向他们建议一条逃跑线路。

· 作为武器载体，可以由飞行员以及传感器和武器操作人员在地面控制站中，通过数据链路连接上的快速反应，远程对其进行控制。

· 可以把传感器值（例如，目标图像、定向麦克风所拾取的声音或者话音、或者激光距离探测器所测量的目标距离）传输到地面控制站，而且成像分析器和自动分析装备能够在那里对这些传感器值进行分析，然后可以将它们用于从飞行器的有效部署。

· 战术部署控制器可以根据所传输的传感器信息，通过适合于具体情况的迅速响应，无延迟地、有针对性地使用其。

· 优点在于，由于太阳能操作的母飞行器的使用可以把每飞行器的价格保持较低，例如，当需要保护围绕非洲合恩岛海上船运线路不受海盗袭击时，例如，15个部署组的一个大队依然便宜。15个部署组中的无人机的价格大约相当于一架海上巡逻机的价格，然而15个部署组能够有效地监视大得多的海上面积，并且能够保护其不受海盗袭击。

参照图12，以下，将描述图8中所示的PD海上雷达母飞行器300中所使用的脉冲Doppler雷达传感器360。所述雷达为中等脉冲重复频率脉冲Doppler雷达系统，并且根据每猝发至少50个脉冲的相干积分操作。其还按至少100倍的脉冲压缩操作。雷达单元使用了一个具有非常大的直径的天线312，从而具有非常高的天线增益。天线312具有一个极小旁瓣（对于第一旁瓣，小于-40dB）的方向图。使用一个天线馈电触角362和一个抛物面主碟形天线364可以实现这一点，其中，天线馈电触角362具有呈余弦形式朝外下降的辐射，抛物面主碟形天线364的外缘载有一个雷达束吸收材料的翼端缘366，所述材料的波阻为平衡的，于是存在抛物面主碟形天线364的照射能量的最小的溢出，因此天线具有极小的旁瓣（小于-40dB）。使用天线312的目标的照明来自上方，呈一个足够陡的角度（大于5º），具有非常窄的主瓣（小于1. 8º）。这把主瓣波干扰限制为窄速度范围，并且按相当低的水平保持所接收的主瓣波干扰，这是传统设计的雷达达不到的。因此，检测结果好于使用传统雷达所达到的结果。

由于陡峭的视角，天线312的小旁瓣仅从所反射的传输信号接收相当少的旁瓣波干扰，因为第一旁瓣仅在很窄的范围位于地面，并且从那里接收到干扰。

连续地测量和记录所接收的波干扰的实际Doppler速度分布和振幅，同时，与此并行，把用于目标船舶检测的检测极限值自适应地调整为实际出现的波，以致所测量的波干扰不会与所测量的目标船舶回波的实际移动的相混。因此，通过每一吃水深度可以获得最佳可能的检测结果。

至少总是使用两个这样的雷达：它们按60º~ 120º的角度照射目标。因此不能沿与无人机自己的航行方向相切的切线方向从至少一个传感器观察目标，所以Doppler信号以及使用Doppler信号的目标船舶在雷达上保持可见。

使用具有图12中所示的脉冲Doppler雷达传感器的根据本发明的这一海上监视系统，能够通过Doppler雷达从两个方向在被监视区域中观察外保护区域A（图11），并且能够从至少两个方向定位每一个对象，以致能够使用Doppler雷达独立于每一移动的船只的航行方向对其加以定位，甚至是在高吃水深度的情况下。

优点在于，雷达飞行器的装备由脉冲Doppler雷达360组成，图12中描述了这一装备，其能很好地使用中等脉冲重复频率进行操作。波形生成器370生成用于目标照射的高频率能量，具有优选为6GHz的频率，并且经由高频无线电收发机部分374上的空心导线372和馈电触角362将其分配于抛物线无线电收发机天线312。把天线312瞄准于被寻找的目标380，并且使用类似网格的线将其瞄准目标和/或其扫描目标区域线。为了照射扫描光栅中的场，把一个优选为8个脉冲序列（每一个包括50个脉冲）的脉冲群作为波形加以传输。8个脉冲序列中的脉冲重复频率优选从8kHz~17kHz，以致测距仪能够操作在40km~150km的范围。脉冲序列中的每一个脉冲为连贯的，因此在分析过程中优选能够集成脉冲序列的50个脉冲，这有利于改进信噪比。另外，优选进行100倍的脉冲压缩，以按低的传输能量在网格场中尽可能多地集中能量。而且，与优选为6GHz的标准传输频率相比，以很小变化的传输频率发射每一个脉冲序列。于是，由于实际的目标船只能够更有效地回波，所以能够把随机分布的干扰与移动的波浪相区分。优选通过使用具有2米直径并且在一个实施例中具有由雷达吸收材料制造的翼端缘366的超大雷达无线电收发机天线312协调所要求的雷达输出功率，对雷达吸收材料的波阻抗进行调整，以致天线图具有非常小的旁瓣，从而可使用其发射和接收非常小的旁瓣，并且有利地，由于2米的天线直径，使18,000以上的放大降至100W~500W，对这一作用范围这是一个非常低的值，这取决于操作模式，也可以向其提供太阳能。每一个PD海上雷达母飞行器也很好地利用了其由Kevlar^®膜制造的液滴形机身314，其也用作氢气槽，作为优选具有2.5米直径的无线屏蔽器，并且在机身的内部载有悬在其中的2米直径的雷达无线电收发机天线312。天线能够很好地沿水平方向旋转360º，由于把机身用作无线屏蔽器，具有360º的自由视野，并且具有从水平线到水平线之下30º的自由视野，当驱动推进器318处于尾部中时（图8）具有小的盲角。

在雷达搜寻场中，在雷达的扫描网格的每一个网格场的观察中，3个雷达单元360很好地一起运作。这样地定位这些单元：至少两个雷达能够从不同的方向看到目标。因此，一个移动的目标永远不会与所有雷达单元成切线关系移动，于是，当径向速度减小时，其不为雷达所见。另外，由于从多个方向同时观察，所以此时能够根据沿仅一个观察方向的隐蔽，发现针对船只的多个简单的雷达隐蔽选项。

使用大型接收天线312和小旁瓣能够很好地接收雷达回波，并且在波干扰过滤过程378的协助下，在雷达接收器374中、在信号处理处理器376的下行信号处理中进行分析，然后把所发现的目标转发给跟踪文件处理器379，在跟踪文件处理器379处，创建所发现的所有目标以及它们的航行位置、速度和方向的完整的文件，并且在整个部署期间加以维持。因此，雷达装备了这样的设备：其允许在所选择的观察方向具有大于5º的倾斜角和所选择的天线束开放角优选为1.5º的情况下，根据波浪的移动速度所显现的Doppler位移，对波干扰的强度统计分布进行编辑。如果所述分布呈发现逻辑电路中目标有效发现的低极限值，则很好地得到这样一个过滤器电路：其总能很好地自动适应于目前普遍的吃水深度，从而能够通过根据所测量的干扰特征，显示有效的雷达目标以及检测和消除波干扰，很好地实现所有吃水深度条件下雷达的最佳可能检测结果。

针对所有方向，在跟踪文件处理器379中，在PD海上雷达母飞行器上以机上形式创建一个连续操作的目标跟踪存储器。经由具有0.5m天线的近数据链路把目标跟踪存储器的结果转发给下一个数据链路母飞行器，并且从那里转发给地面控制站。在一个部署组中， 所有雷达单元经由数据链路交换它们的目标数据，并且在跟踪文件处理器379中进行数据合成，从而很好地创建了共享目标数据库，共享目标数据库包含有关一个部署组的所有信息。然后，通过数据链路把这一目标数据库传输到地面控制站。

为了实现这一点，部署组的雷达飞行器必须能够很好地执行以下部署规程，以很好地把雷达传感器带入部署：

· 在全天候条件下，在280km宽和500km长的外保护区域B（图11）中，使用每部署组3个PD海上雷达母飞行器300对较大船只（大小大于捕鱼快艇或者木制独桅三角帆船）的连续的路线跟踪。外保护区域A包括一个240km长和80km宽的内保护区域C（图11），其中，优选从两侧检测每一目标船只330（图11），以能够使视线相差至少60º，最多120º。优选从陡于5º的视线倾斜坡度的上方使用雷达连续地检测这些海上目标，以特别在较高的吃水深度的情况下，从上方利用船只的较好的雷达可见度。这要求150km的最大搜寻距离、13~15km的飞行高度。

· 通过3个数据链路母飞行器进行在根据图11的部署组中的雷达和多谱线传感器的搜寻结果的相互交换以及与地面站350的搜寻结果的交换，以及向部署组传输控制命令。

优选令PD海上雷达母飞行器300的装备由使用中等脉冲重复频率（MPRF）操作的脉冲Doppler雷达组成，并且传输一个优选为8个脉冲序列的脉冲群，每一个脉冲序列具有50个脉冲，以照亮扫描网格中的场，每一个作为一个波形。8个脉冲序列中的脉冲重复频率优选交错于8kHz和17kHz之间，从而使雷达的测距很好地操作于40km~150km之间。脉冲序列的脉冲均为连贯的，因此在分析过程中，可以很好地在一个脉冲序列的50个脉冲之上进行集成，这导致了信噪比的相应提高。另外，优选进行100倍的脉冲压缩，以按低的传输能量在网格场中尽可能多地集中能量。

另外，与优选为6GHz的标准传输频率相比，以很小变化的传输频率发射每一个脉冲序列。于是，能够按有利的方式把随机分布的干扰与移动的波浪较好地相区分。根据本发明，把所要求的雷达传输功率保持为100W~500W的非常低的值，取决于操作模式；在这一范围，这一值极低，并且能够通过对具有优选18,000以上的增益的超大型雷达无线电收发机天线的使用向其提供太阳能。

每一个雷达飞行器很好地利用了其由薄Kevlar^®膜制造的液滴形机身，其也用作氢气槽，作为优选具有2.5米直径的无线屏蔽器，并且在机身的内部载有2米直径的雷达无线电收发机天线。天线能够沿水平方向旋转360º，由于把机身用作无线屏蔽器，具有360º的自由视野，优点在于，具有从水平线到水平线之下30º的自由视野，而且在尾部的驱动马达具有小的盲角。在扫描网格的每一个网格场的观察中，3个雷达单元很好地一起运作。

这样地定位这些单元：至少两个雷达能够从不同的方向看到目标。因此，一个移动的目标永远不会与所有雷达单元成切线关系移动，于是，当径向速度减小时，其不为雷达所见。另外，由于从多个方向同时观察，所以能够根据沿仅一个观察方向的隐蔽，发现针对船只的某些简单的雷达隐蔽选项。

雷达还装备了这样的设备：在所选择的观察方向具有最后大于5º的倾斜角和所选择的天线束开放角为1.5º的情况下，在针对当时被观察的海上区域连续操作期间，允许根据表示波浪的移动速度的Doppler位移的波干扰的强度统计分布的形成。如果所述分布呈检测逻辑电路中目标最终检测的低极限值，则很好地得到这样一个过滤器电路：其总能很好地自动适应于目前普遍的吃水深度，从而能够很好地实现所有吃水深度条件下雷达的最佳可能检测结果。

针对所检测的所有对象和跟踪航线，在PD海上雷达母飞行器上为存储器创建一个连续操作的目标跟踪文件。经由具有0.5m天线的近数据链路把数据从目标跟踪存储器转发给下一个数据链路母飞行器。在每一个部署组中，所有雷达单元互相交换目标数据，并且与地面控制站交换目标数据和进行数据合成，从而创建了一个共享目标数据库，共享目标数据库包含有关一个给定部署组的所有信息。然后，在长范围数据链路系统的协助下把这一合成的目标距离传输到地面控制站。

以下，将参照图13更详细地解释提供在精确雷达测高仪母飞行器中的成像单脉冲精确雷达测高仪和标记形成以及随后所执行的标记图像检测。

单脉冲精确雷达测高仪根据频率调制连续波方法（FMCW）进行操作，并且装备了一个传输天线和一个通过信号技术与传输天线隔离的单脉冲知觉天线组。所述传输器按35GHz的最小值操作，并且发送具有至少350MHz的频率行程、至少1000Hz脉冲重复频率的至少20µsec的脉冲周期的线性调频信号。4 频道FWCM接收器按至少100毫秒的采样时间操作，并且能够在这一时间周期中非连贯地接收100个脉冲，并且将它们加以集成。抛物线无线电收发机天线分别具有至少1.2m的直径和最大0.41º的波束瓣宽度。根据20km的飞行高度，地面上的传输天线具有最大150米的波束直径，根据20km的飞行高度，单脉冲接收天线组具有至少7米的水平位置分辨率。可以在至少100个脉冲上非连贯地集成这一接收器。这一接收器可以在每一个单频道中创建0.3m长的测距选通门，从海洋的表面延伸至30米以上，并且记录每一情况下所接收的、具有所接收强度的回波。这一接收器可以形成共同属于每一个测距选通门的各单频道的总信号和不同信号，并且可以从回波的焦点的这一位置，在水平面中，分别在每一个门中的两个正交的轴中进行计算和描绘。这一分析计算机可以针对包含至少两个回波的传输波束的每一个位置生成一个标准化的标记，并且可以把这一标记作为X轴用作水平面中的坐标系，其使用通过来自测距选通门的所有回波的焦点加权了强度的配合线，像雷达目标的速度向量所导向的。于是，Y轴形成了右手坐标系，并且穿过来自测距选通门的所有所测量的回波的焦点。这一分析计算机为包含下列分量的每一标记生成特征向量。

a．测距选通门的数目

b．回波的X坐标

c．回波的Y坐标

d．回波的强度

分析计算机可以通过形成和分析特征向量之间的差的绝对值，把根据特征向量所测量的目标与保留在数据库中的参照目标进行比较，并且可以把按照这一方式所测量的目标识别为与某一参照目标一致，从而标识了所测量的目标。

以下，描述了单脉冲精确雷达测高仪母飞行器400中所提供的单脉冲精确雷达测高仪的装备与操作和部署方法。

使用根据本发明的海上监视系统，例如，能够从20km的高空之上垂直地观察已经经由它们的发射机应答器应答，通过AIS询问检测到的，而且Doppler雷达已经确认了它们的位置、路线以及速度的目标船只，并且能够记录距船只的雷达高度标记，除了针对每一个高度层（测距选通门）测量和记录回波强度之外，还经由雷达测高仪的4个单脉冲接收频道、针对以上每一个高度层、沿两个方向测量和记录回波的焦点相对位置。

例如，针对分别具有0.3m高度的100个层记录这一雷达高度标记，而且如果发现被怀疑的船只的参照标记，则可以使用一种自动图像识别方法提供一个可以用于确保有问题船只的标识的船只的非常精确的标记。

把参照雷达船只标记与标识船只的AIS标识代码一起完好地保留在数据库中，然后，在AIS询问之后，可以迅速对其加以定位。优选在各AIS船只最初进入海上监视系统的操作范围中时记录参照标记，具有防伪装过程中AIS标识代码的通告和验证。

单脉冲精确雷达测高仪母飞行器400的装备具有一个使用频率调制连续波方法操作的410，所述频率调制连续波方法使用了传输天线和4-接收波瓣单脉冲接收系统。波形生成器470（图15）生成了用于照射目标的具有35Hz频率的FMCW高频能量和一个350MHz带宽的重叠线性调频信号，并且经由空心导线472将其分配于机上高频传输天线412，沿传输波瓣474中的目标450的方向加以发射。把雷达波束从目标450反射回飞行器400机上的接收天线414。接收天线414具有4个接收波瓣416，将它们设置为能够以交叉方式互相相对位移，并且一起形成一个4频道单脉冲接收天线。

通过在接收部分480中形成4个天线信号的和与差，可以在每一个测距选通门中（图14中的高度轴Z）测量回波于RCS总焦点O的各测距选通门的两个互相垂直的轴X和Y中的相对位置。X轴沿船只的航行方向定位。船只的雷达高度标记，优选记录在所有100个（最多为200个）测距选通门上，获得船只的防伪造描述。单脉冲精确雷达测高仪母飞行器400必须在用于标识的高空直接飞行在目标船只450之上。其根据AIS和Doppler雷达的规范，针对必须加以标识或者监视的目标，扫描目标区域。

为了照亮一个直径优选为150m的搜寻场，作为波形，传输一个100个脉冲的FWCM脉冲序列，每一个脉冲序列具有每传输脉冲350MHz的线性调频脉冲频率调制，每传输脉冲具有20µsec的脉冲长度。使用超大型雷达传输天线412和超大型接收天线414获得所要求的雷达波束传输功率，它们分别具有1.2m的直径，在设计中，使用了调整了其特征波阻抗的雷达吸收材料制造的翼端，以致天线图具有极小的旁瓣。于是，可以通过极小的旁瓣发射和接收雷达信号。另外，也可以通过天线直径上的无线电收发机触角的余弦形振幅调制实现极小的旁瓣，并且可以保持为5W~10W的极低值，取决于操作模式，由于1.2m的天线直径以及具有优选大于100,000的增益，对于这一范围，这是极低的。

每一个单脉冲精确雷达测高仪母飞行器400也把其薄Kevlar^®膜的机翼418用作水平安装的无线电收发机天线412、414的无线屏蔽器。为了天线轴的垂直稳定，优选令天线可沿水平方向旋转5º。优选把所讨论的来自参照雷达高度标记数据库484的所有参照雷达高度标记与刚刚测量的船只标记进行图像比较，标识文件处理器482中的自动图像识别软件标识具有最佳匹配的船只，优选在单脉冲精确雷达测高仪母飞行器400上进行这一标识。于是，把如此所发现的标识值链接于了跟踪数据，并且可以有选择地链接能够用于标识的更多的数据，例如，优选也测量的船只的吃水深度及其所传输的AIS数据，于是，根据所有所检测的对象准备了一个连续目标标识和一个目标跟踪存储器，并且生成了对跟踪和标识轮廓的跟踪。在一个具有机上0.5m数据链路天线420的近数据链路上把目标跟踪存储器的这些结果转发给最近数据链路母飞行器460，并且从那里转发给机上控制站350。

在一个部署组中，所有雷达、AIS母飞行器以及雷达测高仪飞行器经由数据链路交换它们的目标数据，并且在跟踪文件过程486中进行数据合成，因此，很好地产生了一个包含有关一个部署线路的所有信息的共享目标数据库。然后，经由数据链路把这一目标数据库传输到地面控制站350。

为了实现这一点，部署组的雷达测高仪飞行器必须能够执行以下部署规程，以把雷达测高仪传感器带入下列部署中：

· 在全天候条件下，在280km宽和500km长的外保护区域B中，通过成像精确雷达测高仪、按短间隔、使用每部署组2~3个单脉冲精确雷达测高仪母飞行器400对可疑的较大船只（大小大于捕鱼快艇或者独桅三角帆船）的进行连续的观察，因此，特别是，能够观察到表明小船从船只上放下并且下水的船舶的甲板集装箱上的可疑操纵，从而可以迅速发现海盗攻击的准备情况。

· 外保护区域B包括一个240km长和80km宽的内保护区域C，其中，能够很好地连续观察每一个可疑目标船只330，因此，能够发现海盗攻击的准备情况，并且立即加以报告。

·通过3个数据链路母飞行器对部署组中雷达和多谱线传感器的搜寻结果的相互交换和与地面站的交换以及协调的控制命令向部署组的传输使该系统的所有组件聚集，并且由此使海上监视系统能够防伪造和识破伪装，因此非常可靠、高效。

精确雷达测高仪适合于并且能够在直接飞越时从云上的高空也对所述目标船只执行以下功能，：

○ 追踪

○ 定位

○ 在存在参照标记时标识，以及

○ 跟踪其路线，甚至是在无地面可视度的恶劣天气的情况下，

例如，所述很小目标船只指的是具有小的雷达回波面积的救生艇、小船、小快艇、捕鱼快艇或者木制独桅三角帆船。这一精确雷达测高仪还能够准备所有进入监视区域的船只的参照标记，并且把这些标记发送于地面站，以补充标识跟踪文件和参照标记数据库。

也能够在95%的全天候条件下取代精确雷达测高仪使用多谱线EMCCD摄像机执行同样的任务，并且能够使用与直接飞越中所使用的方法相同的方法。

使用成像精确雷达测高仪或者EMCCD摄像机，特别是，也能够在全天候条件下检测任何可疑情况

○ 表明小船正在下水的甲板上的操纵，以及

○ 观察到小船从船只上的实际下水，因此

○ 能够迅速检测到海盗攻击的准备情况，并且独立于可视性和天气条件。

仅使用成像精确雷达测高仪，就可以在全天候条件下直接测量船只的吃水深度和舱面出水高度，从而能够获得有关船只的货物状况及其机动性的更多的信息。

以下，将描述具有人工夜间照明的成像多谱线传感器、多谱线图像处理以及图像时别。

关于昼夜观察远程对象的多谱线摄像机的设计与功能，可参见2011年2月4日未发表的德国专利申请10 2011 010 334.1。

使用根据本发明的海上监视系统的成像远程多谱线EMCCD摄像机系统，能够使用具有大范围（例如，白天40km以上，夜间20km以上）机上人工照明的多普线传感器，在渗透了雷达上不能够拾取的小船的区域的边缘，监视监视区域的内部保护区域。使用这一摄像机系统，能够在内保护区域的内部区域中连续地和顺序地观察所有所识别的船只，并且可以对它们加以标识，可以迅速发现任何正在展开的海盗袭击，例如，通过识别小船的下水，而不需要传感器飞行器从一个搜寻对象到下一个搜寻对象进行耗时的长航行线路跟踪。

因此，于是对保护区域中的所有船只的不间断、彻底的观察是可能的，甚至是在海上交通繁忙的情况下。更突出的优点在于，如果根据本发明的监视系统的每一个摄像机系统具有装备了至少0.3m光圈的摄像机光学装置的摄像机，具有2.5m至可选择的22.5m的可选择焦距，以及针对摄像机和摄像机透镜的位置稳定设备，则可用于检测和观察陆地上或者海上远距离移动的对象。所述摄像机装备了具有分配于其的第一高速快门的第一图像传感器和具有分配于其的第二高速快门的第二图像传感器，以使摄像机透镜具有由用于把入射的辐射聚集在第一图像传感器的辐射敏感表面上的光部件和/或第二图像传感器构成的设备，第二图像传感器具有至少一个反射远视装置设置和至少一个目标跟踪反射镜设置，并且装备了针对目标跟踪反射镜设置的至少一个可移动部件的驱动设备，以及针对驱动单元的控制装置，其中，由光部件构成的设备具有分配于第一图像传感器，并且由具有第一焦距的光部件构成的第一子阵列以及分配于第二图像传感器，并且由具有第二焦距的光部件构成的第二子阵列的光部件构成，第二焦距短于第一焦距。

优选这一位置稳定摄像机能够通过由控制装置加以控制并且由驱动单元加以移动的部件（例如，目标跟踪反射镜）利用被分配了较短焦距的图像传感器扫描一个观察区域，以检测船只所发射的光。如果已经检测到对象，则通过被分配了较长焦距的第一图像传感器可以获得所检测对象的放大的表示，从而有助于对象的标识。

为了实现这一点，可以把光束路径设计为能够在第一子阵列和第二子阵列之间进行转换，其中，为这一转换提供了反射镜，较佳的是可移动的反射镜，尤其是可旋转的反射镜。

优选令EMCCD图像传感器具有0.7µm~1.1µm波长光谱范围的最大灵敏度。在这一波长范围内，在白天的操作中，从太阳那里接收每m² 90瓦的平均入射功率。按照这一照射，传感器可以远达40km的距离提供具有1000以上信噪比的高分辨率和高对比度图像。

另外，地球大气在这一波长范围内具有一个高光透射率的窗口，因此，在这一光谱范围内，更大的可见度是可能的。

在一个优选实施例中，图像传感器具有电冷却的16微米像素大小的EMCCD传感器芯片。这样的传感器芯片在0.7µm~1.1µm光谱范围内特别灵敏，并且具有接近理论上可行灵敏度极限的最大灵敏度。使用电子倍增的光放大，可以把理论上可行灵敏度极限提高至1000倍，达到能够可靠地测量单个光子的程度（光子统计模式）。

优选令传感器芯片为高分辨率芯片，并且允许高图像跟踪率（例如，每秒35个图像）。

优选把摄像机的相应高速快门设计为：与其相配的图像传感器能够快速顺序地记录一系列单个图像，较佳的是按每秒35个图像的速率，更好的是按每秒120个图像但降低了分辨率的速率。这一快速单图像序列致使使用根据本发明的摄像机快速顺序地水平和垂直地扫描大搜寻量（即，覆盖大视角），以致能够在确保高可靠地检测发光移动对象的方式下进行摄像机扫描成为可能。

优选令光部件的至少一个子阵列具有Barlow透镜组。这样的透镜组能够实现高光透射率，从而同时实现了长焦距、短长度远视装置的高灵敏度。

在另一个优选实施例中，摄像机具有一个由多个光谱过滤器组成的过滤器设置，当需要时，可以把每一个光谱过滤器移入光束路径，优选把所述过滤器设置设计为一个过滤器轮。这样的过滤器设置，具体地讲，这样的具有3个带式滤波器的快速旋转的过滤器轮（例如，覆盖了整个光谱范围的）可以在已经把过滤器移至光束路径之后，顺序地创建发光和热的移动对象（例如，船只）的伪彩色图像。与此同时，按摄像机的高分辨率，能够在传感器的多个像素中对光源（例如，船只）成像，所述图像包含有关形状、颜色以及光谱的足够的信息，从而准许通过使用多普线图像分析方法，与已知对象的样本图像进行比较，标识对象。在整个被测量的多普线图像中，可以通过在正确的旋转位置与被寻找的对象的主图像相关联，按像素精度确定被寻找的对象的位置，于是，可以在搜寻图像中发现和标识被寻找的对象。

优选也针对夜间操作、使用具有目标照射设备装备摄像机系统，其中目标照射设备具有优选为激光二极管辐射源或者高压氙短弧灯辐射源的辐射源。使用这样的目标照射设备，一旦已经检测到一个对象就能够对其加以识别，甚至是在对象本身不再发射任何光和/或热辐射，或者仅在发射非常弱的辐射（例如，如夜间船只的情况）的情况下。这一目标照射设备，优选由近红外激光二极管目标照射设备或者近红外高压氙短弧灯目标照射设备形成，一旦已经检测到一个移动的对象，其照射该移动的对象，摄像机从目标照明设备接收被照射的移动对象所反射的辐射。

当阴霾、雾、灰尘或者雨滴的现存宽带干扰严重影响窄带宽目标照射时，使用窄带激光二极管目标照射设备的目标照射优点特别显著。在这一情况下，显著的优点在于，可以实现高达25的干扰抑制因数，因此，与其它方法相比，可以获得明显高对比度的图像。在这一方式下，能够显著扩大可用的可见度范围，例如，在相应的可见度条件下，可以扩大2~5倍。

优选能够把目标照射设备这样地连接到摄像机透镜：可以把目标照射设备所发射的目标照明辐射移动到摄像机透镜的光束路径中，以聚集所发射的辐射。具有长焦距的这样的目标照射设备能够按目标距离，即在移动对象的区域中，生成一个具有目标对象的区域的光点，这一点光大至能够照射目标对象，而且还有足够的光可反射回摄像机系统的图像传感器。

优选令摄像机透镜具有针对目标照明辐射的输入的反光镜阵列，这一设计为：可以在第一图像传感器和目标照射设备之间与照射脉冲的发射以及其回波脉冲的到达同步地转换摄像机透镜的光束路径。在这一所谓的门控视图操作中，通过摄像机透镜把目标照射设备所生成的辐射脉冲发送于目标，同时中断通向各图像传感器的光束路径。把这一频闪型目标照射的选通选择为：发送于目标的每一照射脉冲的周期短于覆盖从摄像机系统到目标对象以及再返回的距离所需的时间。较佳的是令发送于目标的每一照射脉冲的周期至少占覆盖从摄像机系统到目标对象以及再返回的距离所需的时间的40%，优选是60%以上。

优选把目标照射设备的辐射源设计为优选在红外范围内发射光的脉冲式闪烁，其中，优选红外光脉冲的强度为至少0.7kW，更好的是5kW。理想情况下，与大约5kW高脉冲功率一起的能量束可以在夜间、穿过不太厚的云发射足够照亮20km远的对象的近红外光，其明亮度足以使在此对象所反射的光强到足以在信噪比大于1000的情况下仍能够检测到EMCCD摄像机的传感器。

以下，将描述多谱线图像处理的图像分析和多谱线图像识别。

优选使用图16中所说明的多谱线图像处理和图17中所说明的多谱线图像识别处理所记录的图像，并且把所检测的对象传送于交通文件处理器486的目标对象存储器，以进一步加以使用。

以下将描述多谱线图像识别的特性。不把一个图像对象作为整个视图加以搜寻和/或加以关联，而是按能够通过与高选择性可比的小特征向量加以描述的多特征细节的形式加以表示。这样地选择这些细节：能够从任何可能的观察方向（其中，按45º间隔递增足够精确）可靠地识别至少两个细节，通常为3~4个细节。对于一个从上方垂直记录的图像，作为标记，创建目标的一个高分辨率总图像足以，所述总图像可选择地由多个部分图像构成。与目标的倾斜观察相比，这明显简化了标记图像检测的创建与分析。在目标图像参照数据库中创建从观察的所有必要角度的特征细节的图像，并且将它们与有关目标对象的所要求的位置数据一起保留在细节参照图像中。也保留有关何处遇到目标或者何处可能遇到目标的数据。如果不能得到目标的直接图像，则计算机图像系统可以根据有关目标对象的足够的信息生成它们。于是，必须转换搜寻图像的分辨率，以能够把足够多的易于识别的特征细节（优选尽可能为搜寻对象的唯一的易于识别的特征细节）成像于25×25个像素的区域上。为了实现这一点，也可以使用多个不同的分辨率，并且使它们适合于各细节大小，为了加速搜寻，也能够首先仅搜寻粗糙分辨率的细节。根据本发明，根据每一个大小为5×5个像素的小区域的特征数据，形成细节的特征向量。此处，特征数据包括使用图16中所示的过滤器矩阵700加权的平均总亮度值以及图像区域各颜色分量的加权的平均标准亮度值。这样地选择各5×5个像素的图像区域：它们的特征向量为旋转不变量，即，在所有旋转位置相同。这具有计算上的好处：对于用于测试的每12个旋转位置，仅需一次计算特征向量。然后，使用9个圆图像区域710（像素分辨率范围内的圆）的特定设置对总细节进行成像。由覆盖25×25个像素的图像区域730的4个环形图像区域720（像素分辨率范围内的圆）补充这一设置。必须与针对搜寻图像所测试的每一个旋转位置732相独立地计算成像子区域的定位。为了根据参照图像与搜寻图像的关联，通过特征向量清楚地识别任何旋转位置中的被搜寻的图像、为了确定被搜寻的对象的位置和旋转位置、以及为了根据特征细节的特征向量的对应关系，清楚地把作为同一类型的对象的对象的图像内容标识为被测试的参照图像，在25×25个像素图像场的部分图像区域的选择中，仅12个将通过部分图像区域的简单坐标变换计算的被测试的旋转位置足以。

参照图像相对于具有隐藏的被搜寻对象的搜寻图像的特征向量内容和旋转位置和地方估计为被搜寻对象在搜寻图像中的所识别的旋转位置和地方以及估计为所识别的特征向量，其中，所隐藏的被搜寻对象具有针对当前被测试的搜寻图像的部分中的被测试的地方的各个差和的总和的最小绝对值，并从而形成被测试部分中绝对总和值的明显的局部最小值。

由于参照目标对象的几何大小和距离条件以及已知的特性，必须根据大小选择在某一时刻所测试的搜寻图像的各部分，以使当前所搜寻的细节的两个取例不包括在一个部分中。

在创建参照目标数据库的过程中，还必须首先使用人工生成的测试图像，以针对合理的相关测试，测试必须为多小的最小值和/或绝对值总量必须具有哪些值。

在使用通过具有差信噪比的人工照明的远视摄像机所创建的夜间图像的情况下，优选根据以下操作规程，按两个阶段记录图像：

· 根据门控视图方法，例如，在20km的距离，具有13.333µsec的照度时间，此后，具有13.333µsec的照亮时间，把图像顺序地记录在部分图像中，每一个为单光谱色的单个图像。通过交替操作，可以很好避免由于诸如摄像机附近的光束路径中的灰尘或者雨滴的漂泊游荡物体所导致的眩光，例如，在20km的远距离无眩光照射是可能的。

· 把10毫秒期间的部分图像相加，得到具有很少噪音的一个完整的光谱色的合成图像。

处理一个光谱色的这一合成图像，如以下所描述的。

远视装置入口透镜800（图17）通过偏转镜802在EMCCD NIR 摄像机806的图像平面804中创建远程目标的一个实图像。这一摄像机把光图像转换为数字图像，以图像文件的形式把数字图像保留在控制计算机808中，然后在那里进一步地对其进行数字处理。为此，针对图像的所有像素使用了一个具有如针对图16所描述的系数矩阵810的二维过滤器。由于所使用的权重，这一过滤器实现了平滑、边缘锐化以及对比度的提高，并且把亮度提高至3倍。

当在所有光谱部件上使用过滤器时，这一过滤器很好地实现了亮度曲线的平滑、去除和平滑影响背景的噪音像素、使亮度曲线稳定和可辨、提高了图像的对比度以及增加了多普线图像中颜色的清晰度。

在光谱色的平滑的整个图像中，通过与正确旋转位置中被寻找的对象的样本图像相关联，可以按像素精度确定被寻找的对象的位置，于是可以在搜寻图像中检测被寻找的对象，并且对其加以标识。可以把图像中所测量的相对位置输入快速自动图像稳定单元的跟踪设备，然后，跟踪设备跟踪机械可旋转的光窗口上的远视瞄准选取，从而使被发现的对象仍处于图像中其相对的位置，优点在于，无因颤抖或者大气湍流导致的图像的模糊。

可以很好地记录所有更多谱线色的合成图像，在另一个合成图像上移动、并且把它们组合成目标对象的一个合成多普线图像，即一个由一个完整色饱和度图像和若干标准光谱色分量的图像组成。

另外，优选把一个自动多普线图像分析单元808提供在摄像机系统中，以把摄像机806所记录的图像数据传输到这一单元。

在多普线图像分析单元808所提供的所平滑的合成多普线图像中，优选使用一个图像识别单元812（图16），通过把参照或者样本表示和/或被寻找的对象的类型的特征向量相关联，按像素精度确定被寻找的对象的存在与精确位置，优选通过测试最佳匹配，将其与在正确的旋转位置中当前所考虑的搜寻区域的表示和/或特征向量一起，就近保留在用于存储样本数据库的单元814中。

为了实现这一点，把针对5×5个像素块的平均像素确定过滤器功能的值702用作针对25×25个像素的设置的25×25个像素块的图像内容的特征向量，这特别适合于这一表示，并且是从每一个均由5×5个像素构成的25个块700的设置730获得的。

然后，计算根据以上所提供的二维矩阵过滤器810和/或700所计算的像素值，并且把搜寻多普线图像与正确的旋转位置中的被寻找的对象的一个样本多普线图像的进行比较，确定具有最佳匹配的位置，并且极可靠地在同一个搜寻图像中检测到和标识被寻找的对象。

较大目标对象的图案表示，例如船只，包含多个优选必须能够从所有观察方向、从上方看到的典型的目标细节，将是有利的。当已经识别出足够多的确凿无误的细节时，可以认为已经可靠地标识了目标。在图像分析开始之前，把搜寻图像转换为其中可以按25×25个像素的网格场表示所有所选择的搜寻细节的像素分辨率。

与使用传统的方法（例如，使用神经网络和图像金字塔）相比，通过根据本发明的多普线信息的这一全面分析和目标对象表示的高精确图案识别，可以实现更加可靠的目标检测。

优选按以下所描述的方式形成目标图像的表示和/或特征向量。

针对每一个搜寻像素位置740的搜寻图像（25×25个像素大）中的多谱线图像识别计算下列特征值：

1）根据系数矩阵810加权的各标准化光谱成分的平均值、9个标记的5×5个块710中每一单个的块和所有4个像素742的总亮度的平均值、在环744中排列的8个5×5个块的平均值的均值。

2）各标准化光谱成分以及9个标记的5×5个块710中的每一个和全部4个像素742的总亮度的标准偏差、在环744中排列的8个5×5个块的标准偏差的平均值。

3）在12个360º范围分布的旋转位置中计算根据1）和2）的值。

4）通过形成与被寻找的参照目标图像的特征值的差，把针对这一搜寻像素的每一旋转位置中的每一特征值集合加以比较，把具有差和的最小绝对值和/或最小偏差的值集合作为这一搜寻像素的代表加以记录。

5）然后，把搜寻图像分割成较小的子区域，并且在每一个子区域中搜寻具有最小差和的搜寻像素。把具有最小差和的搜寻像素的值集合视为所识别的目标图像，并且将其作为具有一个像素分辨率和旋转位置的所讨论的搜寻像素位置的参照目标类型的所发现的目标加以登记。

使用这一图像分析单元，突出的优点在于，可以按所接收的图像的足够的分辨率，自动地识别所检测的对象，如所描述的，而且，如果存在一个已知的图案，则可以通过与一个具有已知标识的已知对象的样本图像进行比较和/或与一个具有已知标识的已知对象的样本图像相关联，标识这些对象。

为了如所期望的那样使用多谱线摄像机，部署组的摄像机飞行器优选必须能够执行以下根据图11的部署规程：

· 3个多谱线传感器母飞行器600从高空（例如，13km）、以陡视角、使用具有大范围（例如，40km以上）机上飞行人工器照明的多普线传感器单元连续监视内保护区域C，其中，所述3个多谱线传感器母飞行器600按由3个多普线传感器无缝地覆盖整个内部区域的设置飞行。搜寻区域可以呈地面附近的区域（例如，80km宽）中或者每一个传感器的部署组的标准战术中的线性屏障的形式，其可以呈圆环形式，白天为80km直径或者夜间为40km直径，夜间具有人工照明和足够的深度，即甚至能够可靠地检测到白天和夜间以及当因阴霾、灰尘或者雨所导致的差的可见度时通过的小船或者运输工具，并且按所实现的搜寻重复频率实现所述操作。

· 例如，使用适合于白天和夜间应用的高分辨率成像近红外传感器，在以上所提到的可见度的情况下，在一个白天为80km直径和夜间为40km直径的区域中，所有所检测船只或者运输工具的线路的连续跟踪、观察和标识。

·通过3个数据链路母飞行器500，在部署组中与至地面站350，雷达和多谱线传感器的搜寻结果的相互交换，以及至部署组的控制命令的传输。

成像多谱线传感器和相继的多谱线图像识别还具有下列优点：

· 例如，多谱线传感器允许从船只的船员的视觉范围之外的一个地方，即，在40km远距离以外、以高分辨率彩色图像无检测地白天观察船只。

· 多谱线传感器允许在40km直径范围内对具有重船只交通（例如，50~100个船只）的大面积的同时和永久的监视。

· 多谱线传感器允许使用人眼可见的照度和夜视设备无检测地夜间监视船只，例如，从船只的船员的视距之外的一个地方，即，在20km远距离以外以高分辨率彩色图像进行这一监视。

· 多谱线传感器允许在20km直径范围内对具有重船只交通（例如，50~100个船只）的大区域的同时和永久的夜间监视。

· 多谱线传感器允许例如在20km的远距离外用高分辨率彩色图像，在晚上和在因空中阴霾、灰尘或者雨滴导致差可见度时从船只的船员的视距之外的一个地方不注意地监视船只。

· 多谱线传感器允许在白天和在因空中阴霾、灰尘或者雨滴导致差可见度时对具有密集船只交通（例如，在20km直径范围内30~50个船只）的大区域的同时和永久的监视。

· 多谱线传感器允许例如在15km的远距离外利用高分辨率彩色图像，在晚上和在因空中阴霾、灰尘或者雨滴导致差可见度时从船只的船员的视距之外的一个地方不注意地监视船只。

· 多谱线传感器允许在白天和在因空中阴霾、灰尘或者雨滴导致差可见度时对具有密集船只交通（例如，在15km直径范围内20~40个船只）的大区域的同时和永久的监视。

· 在以上所提到的范围，能够昼夜标识船只，并且能够使用武装的从飞行器迅速检测到海盗的可能的攻击或者袭击准备：

· 使用来自所述区域中的所有多谱线传感器的观察数据，能够很好地创建一个目标船只参照数据库，并且定期对其进行更新，因此，在一段操作时间之后，其实际上能够包括通行在被保护区域中的所有船只。将在地面控制站中创建和更新目标船只参照数据库。

· 反过来，地面控制站将能够在它们的区域中很好地把当前所期望的船只的样本图像发送于所有多普线传感器站，也可以通过雷达或者无线电发送信息，从而有助于飞行器的机上图像分析。

权利要求、描述以及附图中的参照数字，仅仅是为了有助于对本发明的了解，而不是对保护范围的限制。

Claims (19)

1. 一种空对地监视和/或武器系统，具有至少一个母飞行器（1）和至少一个能够与母飞行器（1）去耦合并且再次耦合到其的无人从飞行器（2），为此，母飞行器（1）和从飞行器（2）装备了被设计用于互相协同运作的耦合装置（52），

- 其中，母飞行器（1）装备了监视与观察装置（312；412、414；510，520；610，614）；

- 其中，从飞行器（2）装备了观察装置（240）和/或武器（250，254），以及

- 其中，能经由数据链路连接把至少一个从飞行器（2）连接到控制站（350），以进行数据交换，并且能够由该控制站对从飞行器加以控制。

2. 根据权利要求1所述的空对地监视和/或武器系统，其特征在于

母飞行器（1）也为无人的，并且能够经由另一个数据链路连接连接到控制站（350），而且能由该控制站加以控制。

3. 根据权利要求1或者2所述的空对地监视和/或武器系统，其特征在于

- 母飞行器（1）和/或从飞行器（2）装备了机身（10；200）和至少一个产生空气动力浮力的机翼（13，14；202，208，210，212），以及

- 各机翼（13，14；202，208，210，212）包含沿与机身纵轴（Z）横向交叉、优选呈直角的一个方向延伸的多个翼梁（46ˊ，46〞）和软管（40，41，42，43，44），所述翼梁和软管由形成机翼覆盖（45）的表皮加以包裹，所述表皮确定了机翼的横截面轮廓，其中该横截面轮廓形成在低流阻的情况下产生高浮力的板状剖面。

4. 根据权利要求3所述的空对地监视和/或武器系统，其特征在于

能向机翼（13，14；202，208，210，212）中的至少一部分软管填充氢，以及能向机翼（13，14；202，208，210，212）中的至少一部分软管填充氧。

5. 根据权利要求2、3或者4所述的空对地监视和/或武器系统，其特征在于

母飞行器（1）和/或从飞行器（2）的机身（10；200）具有至少部分地填充了不同于空气和比空气轻的上升气体、特别是氢的外壳。

6. 根据权利要求1~5中任何一个权利要求所述的空对地监视和/或武器系统，其特征在于

母飞行器（1）和从飞行器（2）均具有至少一个装备了推进器（15ˊ，16ˊ，17ˊ；226ˊ，228ˊ，230ˊ，232ˊ）的驱动器（15，16，17；226〞，228〞，230〞，232〞），该驱动器具有优选电驱动的驱动马达，优选将该驱动器安装在提供于机身（10；200）之下或者机翼（13，14；202，208，210，212）上的引擎吊舱中。

7. 根据先前权利要求中任何一个权利要求所述的空对地监视和/或武器系统，其特征在于

母飞行器（1）和/或从飞行器（2）的机翼覆盖（45）的表皮在机翼的上侧为透明的，以及机翼的上侧装备了太阳能发电机的安装在透明表皮和软管之间的太阳能电池（35，37）。

8. 根据权利要求1~7中任何一个权利要求所述的空对地监视和/或武器系统，其特征在于

- 光致电压供电设备（100）被提供在母飞行器（1）中以生成驱动能量，所述光致电压供电设备具有

- 至少一个光致电压太阳能发电机（101），其把太阳辐射能（S）转换为电能；

- 至少一个氢生成器（104），用于从水中产生氢；

- 至少一个水贮存器（106），通过第一水管线（160）将其连接到氢生成器（104）；

- 至少一个优选由第一腔体（11）形成的氢贮存器（107），通过第一氢管线（144）将其连接到氢生成器（104）；

- 至少一个燃料电池（108），通过第二氢管线（180）将其连接到氢贮存器（107），并且通过第二水管线（164）将其连接到水贮存器（106）；以及

- 控制装置（103），其电连接到太阳能发电机（101）、氢生成器（104）以及燃料电池（108）。

9. 根据权利要求8所述的空对地监视和/或武器系统，其特征在于

把控制装置（103）设计为：

- 当太阳辐射能存在时能够把太阳能发电机（101）所产生的电能输送给供电装置的电耗件连接端（102），以及

- 当太阳辐射能不存在时或者太阳能发电机（101）所产生的电能不足以满足预定的能量需求时，控制装置激活燃料电池（108），以将电能提供给耗件连接端（102）。

10. 根据权利要求8或者9所述的空对地监视和/或武器系统，其特征在于

把控制装置（103）设计为：

- 当太阳辐射能存在时能够把太阳能发电机（101）所产生的一部分电能输送给氢生成器（104），而且

- 控制装置把水从水贮存器（106）输送给氢生成器（104），从而激活氢生成器，以利用输送给其的水生成氢，该氢将被贮存在氢贮存器（107）中。

11. 根据先前权利要求中任何一个权利要求所述的空对地监视和/或武器系统，其特征在于

耦合装置（52）具有燃料补给连接装置，利用其能把燃料从母飞行器（1）提供给从飞行器（2）。

12. 根据先前权利要求中任何一个权利要求所述的空对地监视和/或武器系统，其特征在于

从飞行器（2）适于盘旋并且为此配备了浮力体，能向浮力体填充比空气轻的气体。

13. 根据权利要求12所述的空对地监视和/或武器系统，其特征在于

比空气轻的气体为氢，氢被贮存在从飞行器（2）中的至少一个氢贮存器中并同时作为燃料用于飞行器驱动器。

14. 根据先前权利要求中任何一个权利要求所述的空对地监视和/或武器系统，其特征在于

从飞行器（2）具有垂直起飞和垂直降落特性。

15. 根据先前权利要求中任何一个权利要求所述的空对地监视和/或武器系统，其特征在于

母飞行器（1）具有至少一个向下对准地球表面的观察雷达设备（310）。

16. 根据先前权利要求中任何一个权利要求所述的空对地监视和/或武器系统，其特征在于

母飞行器（1）具有至少一个向下对准地球表面的雷达测高仪（410）。

17. 根据先前权利要求中任何一个权利要求所述的空对地监视和/或武器系统，其特征在于

母飞行器（1）具有至少一个向下对准地球表面的远视摄像机（614），优选还具有分配给远视摄像机（614）的目标对象照射装置。

18. 根据先前权利要求中任何一个权利要求所述的空对地监视和/或武器系统，其特征在于

母飞行器具有至少一个向下对准地球表面的远视CCD摄像机，远视CCD摄像机具有用于光增强的电子倍增设备，并且母飞行器优选具有分配给该远视CCD摄像机的目标对象照射装置，目标对象照射装置配有呈串联电路形式的激光二极管，并且经由小直径的光纤输出光束。

19. 一种特别是通过根据先前权利要求中任何一个权利要求所述的空对地监视和/或武器系统用于对陆地或海上对象进行空中支持的侦察和/或交战的方法，包含下列步骤：

- 通过母飞行器的机上提供的观察装置检测对象；

- 使用母飞行器的机上提供的远视装置按可见光光谱或者红外光谱和/或使用雷达观察装置观察所检测的对象；

- 从母飞行器释放从飞行器，并且在对象附近控制从飞行器；

- 通过从飞行器的机上提供的观察装置或者武器，针对对象执行侦察或者交战任务；

- 从飞行器返回至母飞行器，以及

- 从飞行器对接到母飞行器上。

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