CN103278142A - 光电系统连续跟踪自动切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光电系统连续跟踪自动切换方法，该方法首先利用大视场电视通道实现对导弹目标起飞初始段的捕获、跟踪，并按采样周期并行采集大小视场电视视频跟踪器输出的目标偏差量，再以对应大视场电视视频跟踪器输出的偏差量为中心设置方形位置波门，然后，通过监测小视场电视视频跟踪器输出的偏差量是否连续多次落入方形位置波门的方法，当判断小视场电视提取的目标和大视场电视提取的导弹目标为同一目标时，将小视场电视视频跟踪器输出的偏差量送入伺服系统进行目标的跟踪，由此实现了光电系统自动跟踪测量由近及远飞行导弹目标时，大视场电视与小视场电视跟踪通道的自动切换。本发明避免了人工操作引起的不确定因素的影响，从而提高了大视场电视到小视场电视跟踪通道切换的可靠性及准确性。

Description

光电系统连续跟踪自动切换方法

技术领域

本发明属于光电领域，主要涉及一种测量飞行导弹初始段弹道的光电系统，尤其涉及一种该光电系统的连续跟踪测量自动切换方法。

背景技术

为实现对高速、由近及远运动的导弹等目标的自主探测、跟踪、弹道测量，光电系统一般采用多视场、多传感器方案。这种光电系统包括光电指向器、视频跟踪器、伺服系统、控制计算机及操控台。光电指向器为两轴两框架平台，大视场电视、小视场电视、激光测距机均安装在同一框架上。大视场电视、小视场电视提供目标可见波段的图像信息，大视场电视、小视场电视通常是并行工作，每一个电视的输出对应一路视频跟踪器。大视场电视对导弹目标的截获概率高，但对导弹目标的探测距离近，因而适用于对近区导弹目标的探测。小视场电视分辨率及灵敏度高，对导弹目标的探测距离远，因而适用于对远区导弹目标的探测。由于每一个电视有不同的探测距离，在不同的距离范围内，只有一个电视对应的视频跟踪器输出的数据最为稳定可信，是光电系统的主跟踪通道。视频跟踪器接收大小视场电视输出的图像信息，提取出目标信号，并求取目标相对于光电系统瞄准线的方位和俯仰角偏差量。激光测距机提供目标的距离信息。控制计算机作为信息处理中心，接收操控台的操作命令及视频跟踪器输出的目标方位和俯仰角偏差量，并按照跟踪通道操作指令选择相应的跟踪通道。操控台提供人机交互接口，实现人工对光电系统的操作控制。

光电系统测量的导弹目标特性为弹截面尺寸300mm左右，飞行速度大于300m/s。光电系统在测量导弹初始段的弹道时，测量点一般在发射位置的侧后方，距离发射点500m左右的安全区域。测量时，导弹目标相对于光电系统由近及远运动，光电测量系统全程为尾追跟踪方式。当光电系统无外部引导时，光电系统先用大视场电视自动捕获跟踪导弹目标。导弹目标距离光电系统1km时导弹目标在大视场电视成像只有两个像素，而两个像素是视频跟踪器能提取出导弹目标的临界值。为实现对导弹目标的连续跟踪，需在导弹接近1km之前将大视场电视跟踪切换到小视场电视跟踪。根据导弹的速度计算从弹发射到大小视场电视切换的时间不到3s，在很短时间内大视场电视到小视场电视的切换是否可靠，关系到测量任务的成败。如果切换不可靠，就会因切换丢失目标，使跟踪测量任务失败。因此，大视场电视到小视场电视可靠的切换是保证测量系统实现可靠而准确测量的关键问题。目前，测量中大小视场电视跟踪切换是通过人工完成的，人工操作时需要同时对两个视场电视的图像进行观察和判断，当判断两个视场电视各自对应的视频跟踪器同时稳定捕获到导弹目标后，人工操作切换按键。然而，操作手从看清目标特征到正确操作切换按键需要一定的反应时间，准确切换时机很难掌握。此外，每个操作手的心理素质及操作水平不同，容易出现人为误操作。亦即，人工操作对操作人员的要求比较高，稍微不慎就会导致跟踪失败，尤其对于像山地、海面等复杂背景情况，人工操作更加困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，为解决光电系统对于导弹弹道的连续自动跟踪测量，提供一种光电系统连续跟踪自动切换方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的连续跟踪自动切换方法，该方法由控制计算机实现，当计算机上电后执行以下操作步骤：

第一步，初始化，将匹配标志m置为0；

第二步，判断是否接收到操控台发出的“测试”指令，如果为否则等待，如果为是，则进行第三步操作；

第三步，将“捕获”指令发给大视场电视跟踪器，并接收大视场电视跟踪器回告的捕获状态；

第四步，判断大视场电视跟踪器是否捕获到目标，如果为否，则返回第三步；如果为是，按采样周期接收大视场电视跟踪器输出的大视场电视偏差量（A_大，E_大），并将该偏差量（A_大，E_大）作为位置环输入量送给伺服系统，同时给激光测距机发送“测距”指令，并按采样周期接收激光测距机发出的目标距离量L；

第五步，将“捕获”指令发给小视场电视跟踪器，并接收小视场电视跟踪器回告的捕获状态；

第六步，判断小视场电视跟踪器捕获到目标，如果为否，则返回第五步；如果为是，进行第七步操作；

第七步，按采样周期接收小视场电视跟踪器输出的小视场电视偏差量（A_小，E_小），根据小视场电视跟踪器输出的当前小视场电视偏差量（A_小，E_小）及大视场跟踪器输出的当前大视场电视偏差量（A_大，E_大）判断电视小视场捕获的目标是否和电视大视场跟踪的目标为同一目标，其具体判断方法如下：

7.1大视场电视偏差量（A_大，E_大）为中心设置波门宽度为G的方形位置波门P，波门宽度G按下式计算：

G=k×arctan(Y/L)

式中，Y为导弹目标的截面直径，L为激光测距机输出的当前导弹目标距离值，k为波门比例系数，1.0〈k≤2.0；

7.2将小视场电视偏差量（A_小，E_小）与位置波门P进行比较，当

（A_大-G/2）≤A_小≤（A_大+G/2）并且（E_大-G/2）≤E_小≤（E_大+G/2）时，则判断小视场电视偏差量（A_小，E_小）位于位置波门P内，将匹配标志m加1，否则判断小视场电视偏差量（A_小，E_小）没有位于位置波门P内，将匹配标志m重新置0；

7.3将匹配标志m与匹配门限N进行比较，当m≥N,则判断电视小视场捕获的目标和电视大视场跟踪的目标是同一目标，进行第八步操作,否则，返回第七步，N取3～7；

第八步，将小视场电视偏差量（A_小，E_小）作为位置环输入伺服系统。

在本发明提供的光电系统连续跟踪自动切换方法中，首先，将大视场电视视频跟踪器输出的偏差量作为伺服系统的输入源，实现对导弹目标起飞初始段的的捕获、跟踪。光电系统大视场电视跟踪好导弹目标后，采集大小视场电视对应视频跟踪器输出的导弹目标偏差量，以大视场电视视频跟踪器输出的偏差量为中心设置自适应方形位置波门；然后，通过对小视场电视视频跟踪器输出的偏差量连续多次监测是否落入自适应方形位置波门的方法，从而判断小视场电视提取的目标是否和大视场电视提取的目标为同一目标；当小视场电视提取的目标和大视场电视提取的目标为同一目标时，通过嵌入控制计算机的软件模块，自动将驱动伺服系统的输入源切换为小视场电视视频跟踪器输出的偏差量，由此实现了光电系统对导弹弹道连续自动跟踪测量由近及远飞行导弹目标时，大视场电视到小视场电视跟踪通道时自动切换。本发明避免了人工操作引起的不确定因素的影响，从而提高了大视场电视到小视场电视跟踪通道切换的可靠性及准确性。

附图说明

图1是光电系统组成示意图。

图2是测试时的靶场布站示意图。

图3是本发明连续跟踪自动切换方法的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图及优选实施例对本发明作进一步的详述。

本发明优选实施例用于靶场弹道光电系统，靶场弹道光电系统组成如图1所示，该系统包括光电指向器、大小视场视频跟踪器、伺服系统、操控台及控制计算机。

光电指向器为两轴两框架多传感器复合瞄准线稳定系统，大视场电视、小视场电视、激光测距机安装在同一框架上，大视场电视、小视场电视、激光测距机的光轴一致。大小视场电视提供目标的可见波段的图像信息，输出PAL格式模拟视频，激光测距机测量目标距离量并将该距离量实时输出到控制计算机。

大小视场视频跟踪器一一对应接收大视场电视及小视场电视输出的图像信息，并对每一场的模拟视频信号进行目标提取，并求取目标相对于光电系统瞄准线的方位和俯仰角偏差量，并将该偏差量及捕获状态以20ms采样周期实时输出到控制计算机。

操控台提供人机交互接口，实现操作人员对光电系统的操作控制。

控制计算机作为信息处理中心，通过中断方式实时接收操控台的操作指令及双通道并行处理视频跟踪器输出的方位和俯仰角偏差量、捕获状态及激光测距距离数据，采样周期为20ms。控制计算机对视频跟踪器输出的方位和俯仰角偏差量、捕获状态及激光测距距离数据综合处理后实时输出给伺服系统驱动两轴两框架，实现对目标的跟踪。

本实施例中，大视场电视设计视场为8°×6°，小视场电视设计视场为0.8°×0.6°，控制计算机采用加固计算机，其内存储器存有弹截面直径Y，激光测距采用高重频1.064um波段的激光测距机，光电指向器为两轴两框架结构。

如图2所示，在执行测量任务时，光电系统1在导弹发射位置的侧后方，距离发射点500m，当导弹发射后，导弹目标2由近及远运动，全程为尾追跟踪，导弹速300m/s以上，导弹截面尺寸300mm。

本发明连续跟踪自动切换方法是由嵌入到控制计算机的软件模块实现的，当执行测量任务且控制计算机上电时，该软件模块按照图3所示的操作流程执行以下操作步骤：

第一步，初始化，将匹配标志m置为0；

第二步，判断是否接收到操控台发出的“测试”指令，如果为否则等待，如果为是，则进行第三步操作；

第三步，将“捕获”指令发给大视场电视跟踪器，并接收大视场电视跟踪器回告的捕获状态；

第四步，判断大视场电视跟踪器是否捕获到目标，如果为否，则返回第三步；如果为是，按采样周期接收大视场电视跟踪器输出的大视场电视偏差量（A_大，E_大），并将该偏差量（A_大，E_大）作为位置环输入量送给伺服系统，同时给激光测距机发送“测距”指令，并按采样周期接收激光测距机发出的目标距离量L；

第五步，将“捕获”指令发给小视场电视跟踪器，并接收小视场电视跟踪器回告的捕获状态；

第六步，判断小视场电视跟踪器捕获到目标，如果为否，则返回第五步；如果为是，进行第七步操作；

第七步，按采样周期接收小视场电视跟踪器输出的小视场电视偏差量（A_小，E_小），根据小视场电视跟踪器输出的当前小视场电视偏差量（A_小，E_小）及大视场跟踪器输出的当前大视场电视偏差量（A_大，E_大）判断电视小视场捕获的目标是否和电视大视场跟踪的目标为同一目标，其具体判断方法如下：

7.1以大视场电视偏差量（A_大，E_大）为中心设置波门宽度为G的方形位置波门P，波门宽度G按下式计算：

G=k×arctan(Y/L)

式中，Y为导弹目标的截面直径，Y=300mm，L为激光测距机输出的当前导弹目标距离值，k为波门宽度比例系数。导弹目标飞行时，由于相对大小视场电视的导弹目标姿态经常会发生变化，导致导弹目标在大小视场电视的成像大小也相应变化，甚至出现导弹目标的像大于理论计算的波门大小，给判断造成误差。为提高可靠性，在工程上通常采用将位置波门适当放大的措施，亦即给理论计算出的波门宽度乘以比例系数k，一般k在1.0～2.0之间取值。

7.2将小视场电视偏差量（A_小，E_小）与位置波门P进行比较，当

（A_大-G/2）≤A_小≤（A_大+G/2）并且（E_大-G/2）≤E_小≤（E_大+G/2）时，则判断小视场电视偏差量（A_小，E_小）位于位置波门P内，将匹配标志m加1，否则判断小视场电视偏差量（A_小，E_小）没有位于位置波门P内，将匹配标志m重新置0；

7.3将匹配标志m与匹配门限N进行比较，当m≥N时，则判断电视小视场捕获的目标和电视大视场跟踪的目标是同一目标，进行第八步操作,否则，返回第七步。

匹配门限N既不能太大，也不能过小，匹配门限N过大时切换时间长，容易超出大小视场电视切换时间要求，导致全程跟踪失败，过小虚警率高，可靠性降低。若目标飞行速度快需减小切换时间时应减小匹配门限N；反之在目标飞行速度慢，切换时间可适当放宽的情况下，为提高切换可靠性则适当增加匹配门限N值，一般N取3～7；在本优选实施例中，取N=3。

第八步，将小视场电视偏差量（A_小，E_小）作为位置环输入伺服系统，实现对导弹目标的全程闭环跟踪。

Claims (1)

1.一种光电系统连续跟踪自动切换方法，其特征在于，该方法由控制计算机实现，当计算机上电后执行以下操作步骤：

第一步，初始化，将匹配标志m置为0；

第二步，判断是否接收到操控台发出的“测试”指令，如果为否则等待，如果为是，则进行第三步操作；

第三步，将“捕获”指令发给大视场电视跟踪器，并接收大视场电视跟踪器回告的捕获状态；

第四步，判断大视场电视跟踪器是否捕获到目标，如果为否，则返回第三步；如果为是，按采样周期接收大视场电视跟踪器输出的大视场电视偏差量（A_大，E_大），并将该偏差量（A_大，E_大）作为位置环输入量送给伺服系统，同时给激光测距机发送“测距”指令，并按采样周期接收激光测距机发出的目标距离量L；

第五步，将“捕获”指令发给小视场电视跟踪器，并接收小视场电视跟踪器回告的捕获状态；

第六步，判断小视场电视跟踪器捕获到目标，如果为否，则返回第五步；如果为是，进行第七步操作；

第七步，按采样周期接收小视场电视跟踪器输出的小视场电视偏差量（A_小，E_小），根据小视场电视跟踪器输出的当前小视场电视偏差量（A_小，E_小）及大视场跟踪器输出的当前大视场电视偏差量（A_大，E_大）判断电视小视场捕获的目标是否和电视大视场跟踪的目标为同一目标，其具体判断方法如下：

7.1大视场电视偏差量（A_大，E_大）为中心设置波门宽度为G的方形位置波门P，波门宽度G按下式计算：

G=k×arctan(Y/L)

式中，Y为导弹目标的截面直径，L为激光测距机输出的当前导弹目标距离值，k为波门比例系数，1.0〈k≤2.0；

7.2将小视场电视偏差量（A_小，E_小）与位置波门P进行比较，当

（A_大-G/2）≤A_小≤（A_大+G/2）并且（E_大-G/2）≤E_小≤（E_大+G/2）时，则判断小视场电视偏差量（A_小，E_小）位于位置波门P内，将匹配标志m加1，否则判断小视场电视偏差量（A_小，E_小）没有位于位置波门P内，将匹配标志m重新置0；

7.3将匹配标志m与匹配门限N进行比较，当m≥N,则判断电视小视场捕获的目标和电视大视场跟踪的目标是同一目标，进行第八步操作,否则，返回第七步，N取3～7；

第八步，将小视场电视偏差量（A_小，E_小）作为位置环输入伺服系统。

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