CN104199118B - 搜索和跟踪一体的光电探测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种搜索和跟踪一体的光电探测系统。光电探测系统包括底座、跟踪转台、搜索转台、搜索探测组件和跟踪探测组件，底座上安装有方位轴，搜索转台和跟踪转台套装于方位轴并绕方位轴转动，且跟踪转台位于搜索转台上方，搜索探测组件安装在搜索转台上并随搜索转台转动，跟踪探测组件安装在跟踪转台上并随跟踪转台转动，并且搜索探测组件安装在跟踪探测组件的外围，其中，搜索探测组件在360°范围内搜索到目标时，将目标的角度信息上报，同时持续在当前空域进行搜索，跟踪探测组件在预先选定的空域内或在根据角度信息确定的空域内捕获并跟踪目标。本发明能够在单一光电探测系统上同时进行搜索和跟踪，并保证搜索和跟踪互不干扰。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其是一种搜索和跟踪一体的光电探测系统。
背景技术
光电(例如红外)探测系统是一种重要的对空目标探测装置，主要包含搜索系统和跟踪系统，用于完成对指定空域的探测。光电探测系统采用被动探测方式，能保持无线电静默，隐密性强且抗电子干扰能力强，在军事中广泛应用。
目前，多数光电探测系统采用一套伺服系统分时完成对目标的搜索和跟踪，或采用两套独立的光电探测系统，一套用于完成对目标的搜索，另一套完成对目标的跟踪。第一种方式在对目标进行跟踪时，不能对警戒空域进行搜索，或者在对警戒空域进行搜索时不能跟踪目标，存在搜索、跟踪不能同时进行的缺点。第二种方式虽然可同时进行搜索和跟踪，但是由于采用两套光电探测系统，存在系统组成复杂、成本高、数据传输和坐标转换复杂等缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种搜索和跟踪一体的光电探测系统，能够在单一光电探测系统上同时进行搜索和跟踪，并保证搜索和跟踪互不干扰。
本发明采用的技术方案是：提供一种搜索和跟踪一体的光电探测系统，所述光电探测系统包括底座、跟踪转台、搜索转台、搜索探测组件和跟踪探测组件，所述底座上安装有方位轴，所述搜索转台套装于所述方位轴并绕所述方位轴转动，所述跟踪转台套装于所述方位轴并绕所述方位轴转动，并且所述跟踪转台位于所述搜索转台上方，所述搜索探测组件安装在所述搜索转台上并随所述搜索转台转动，所述跟踪探测组件安装在所述跟踪转台上并随所述跟踪转台转动，并且所述搜索探测组件安装在所述跟踪探测组件的外围，其中，所述搜索探测组件在360°范围内搜索到目标时，将所述目标的角度信息上报，同时持续在当前空域进行搜索，所述跟踪探测组件在预先选定的空域内或在根据所述角度信息确定的空域内捕获并跟踪所述目标。
优选地，所述搜索转台为悬臂结构，所述搜索探测组件包括搜索探测器、搜索俯仰驱动电机和搜索方位驱动电机，所述搜索方位驱动电机位于所述搜索转台上并驱动所述搜索转台绕所述方位轴转动，所述搜索探测器与所述搜索转台的一端转动连接并绕第一方向进行俯仰转动，所述搜索俯仰驱动电机位于所述搜索转台上并驱动所述搜索探测器绕所述第一方向进行俯仰转动，其中，所述第一方向与所述方位轴的轴向垂直。
优选地，所述搜索探测组件还包括搜索俯仰轴角编码器，所述搜索俯仰轴角编码器位于所述搜索转台上并与所述搜索俯仰驱动电机同轴安装，用于设定所述搜索探测器的俯仰角度。
优选地，所述搜索探测组件还包括信号处理器，所述信号处理器固定在所述搜索转台相对所述搜索探测器的一端，用于对所述搜索探测器上报的角度信息进行处理。
优选地，所述搜索转台与所述搜索探测器连接的一端呈U型开口设置，所述搜索探测器位于所述搜索转台的U型开口内，所述搜索俯仰驱动电机和所述搜索俯仰轴角编码器分别位于所述搜索探测器两侧。
优选地，所述搜索转台的两端以所述方位轴为中心对称。
优选地，所述跟踪转台的上部呈U型开口设置，所述跟踪转台的底部套装于所述方位轴，所述跟踪探测组件包括跟踪探测器、跟踪俯仰驱动电机和跟踪方位驱动电机，所述跟踪方位驱动电机位于所述跟踪转台上并驱动所述跟踪转台绕所述方位轴转动，所述跟踪探测器位于所述跟踪转台的U型开口内，与所述跟踪转台转动连接并绕第二方向进行俯仰转动，所述跟踪俯仰驱动电机位于所述跟踪转台上并驱动所述跟踪探测器绕所述第二方向进行俯仰转动，其中，所述第二方向与所述方位轴的轴向垂直。
优选地，所述跟踪探测组件还包括跟踪俯仰轴角编码器，所述跟踪俯仰轴角编码器位于所述跟踪转台上并与所述跟踪俯仰驱动电机同轴安装，用于设定所述跟踪探测器的俯仰角度。
优选地，所述跟踪俯仰驱动电机和所述跟踪俯仰轴角编码器分别位于所述跟踪探测器两侧。
优选地，所述搜索探测器位于所述跟踪探测器的外围。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：通过将搜索转台和跟踪转台进行方位轴同轴设置，并且搜索转台和跟踪转台相对独立转动，带动搜索探测组件和跟踪探测组件分别进行探测，使得搜索和跟踪同时进行，从而能够在单一光电探测系统上同时进行搜索和跟踪，并保证搜索和跟踪互不干扰，具有组成简单，集成度高、移植性强、自主性强、实时性强、成本低、数据传输速度快和坐标转换简单等优点。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明实施例的搜索和跟踪一体的光电探测系统的立体示意图。
图2是图1所示的光电探测系统的主视示意图。
图3是图2所示的光电探测系统的侧视示意图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
如图1所示，是本发明实施例的搜索和跟踪一体的光电探测系统的立体示意图。本实施例的光电探测系统包括底座100、搜索转台200、跟踪转台300、搜索探测组件和跟踪探测组件，底座100上安装有方位轴(图中未显示)，方位轴的轴向为图中A向，搜索转台200套装于方位轴并绕方位轴转动，跟踪转台300套装于方位轴并绕方位轴转动，并且跟踪转台300位于搜索转台200上方，搜索探测组件安装在搜索转台200上并随搜索转台200转动，跟踪探测组件安装在跟踪转台300上并随跟踪转台300转动，并且搜索探测组件安装在跟踪探测组件的外围，其中，搜索探测组件在360°范围内搜索到目标时，将目标的角度信息上报，同时持续在当前空域进行搜索，跟踪探测组件在预先选定的空域内或在根据角度信息确定的空域内捕获并跟踪目标。搜索探测组件安装在跟踪探测组件的外围是指，搜索探测组件在探测时的转动轨迹位于跟踪探测组件在探测时的转动轨迹外围，一来可以避免搜索探测组件和跟踪探测组件相互干涉，二来可以扩大搜索探测组件的探测范围。搜索探测组件上报的角度信息可以直接上报给跟踪探测组件，也可以上报给指定的控制机。
可选地，搜索转台200和跟踪转台300通过轴承与方位轴转动连接。由于搜索转台200和跟踪转台300可以独立进行转动而不受对方的影响，从而可以保证搜索探测组件和跟踪探测组件同时进行工作，使得搜索和跟踪同时进行。在具体实施时，搜索探测组件在大空域快速搜索，跟踪探测组件在小区域精确跟踪。
具体而言，请一并参见图2和图3，搜索转台200为悬臂结构，搜索探测组件包括搜索探测器400、搜索俯仰驱动电机201和搜索方位驱动电机203，搜索方位驱动电机203位于搜索转台200上并驱动搜索转台200绕方位轴转动，搜索探测器400与搜索转台200的一端转动连接并绕第一方向B进行俯仰转动，搜索俯仰驱动电机201位于搜索转台200上并驱动搜索探测器400绕第一方向B进行俯仰转动，其中，第一方向B与方位轴的轴向A垂直。搜索方位驱动电机203可以安装于搜索转台200中部，搜索方位驱动电机203优选为环形力矩电机。
进一步地，搜索探测组件还包括搜索俯仰轴角编码器202和信号处理器204。搜索俯仰轴角编码器202位于搜索转台200上并与搜索俯仰驱动电机201同轴安装，用于设定搜索探测器400的俯仰角度。搜索俯仰轴角编码器202与搜索俯仰驱动电机201可以组成闭环控制，能够实现高精度的俯仰角度控制。搜索转台200与搜索探测器400连接的一端呈U型开口设置，搜索探测器400位于搜索转台200的U型开口内，搜索俯仰驱动电机201和搜索俯仰轴角编码器202分别位于搜索探测器400两侧。
信号处理器204固定在搜索转台200相对搜索探测器400的一端，用于对搜索探测器400上报的角度信息进行处理。具体的处理过程可以是提取目标的相对角度信息。由于将信号处理器204安装在搜索转台200上，能够缩短数据传输时间，避免高速数据信号经过汇流环传输而出现干扰。搜索转台200的两端可设置为以方位轴为中心对称，该对称结构可以使搜索转台200高速转动时更稳定。
跟踪转台300的上部呈U型开口设置，跟踪转台300的底部套装于方位轴，跟踪探测组件包括跟踪探测器500、跟踪俯仰驱动电机301和跟踪方位驱动电机303。跟踪方位驱动电机303位于跟踪转台300上并驱动跟踪转台300绕方位轴转动，跟踪探测器500位于跟踪转台300的U型开口内，与跟踪转台300转动连接并绕第二方向C进行俯仰转动，跟踪俯仰驱动电机301位于跟踪转台300上并驱动跟踪探测器500绕第二方向C进行俯仰转动。其中，第二方向C与方位轴的轴向A垂直。跟踪方位驱动电机303也优选为环形力矩电机。
进一步地，跟踪探测组件还包括跟踪俯仰轴角编码器302。跟踪俯仰轴角编码器302位于跟踪转台300上并与跟踪俯仰驱动电机301同轴安装，用于设定跟踪探测器500的俯仰角度。跟踪俯仰轴角编码器302与跟踪俯仰驱动电机301也可以组成闭环控制，能够实现高精度的俯仰角度控制。
跟踪探测器500近似呈球形，跟踪俯仰驱动电机301和跟踪俯仰轴角编码器302分别位于跟踪探测器500两侧。并且搜索探测器400位于跟踪探测器500的外围，也就是说，搜索探测器400的转动轨迹在跟踪探测器500的转动轨迹外围。
需要说明的是，搜索方位驱动电机203和跟踪方位驱动电机303也可以分别设置一个方位轴角编码器组成闭环控制，能够实现高精度的方位角度控制。
本实施例的光电探测系统在实际应用时，可以通过控制搜索方位驱动电机203和搜索俯仰驱动电机201使搜索探测器400进行螺旋线扫描或“弓”字形扫描，扫描范围为一个带状空域。搜索的方位角度和俯仰角度可以依据场景设定，根据预警空域的背景情况设置不同的搜索速度，以便实现搜索能力和搜索速度兼顾。例如，高空的背景相对单一，大气对目标的反射光或红外辐射的衰减也较小，此时可以适当缩小搜索探测器400的积分时间，以便快速搜索；而中低空的背景比较复杂，大气对目标的反射光或红外辐射的衰减也较大，此时可以适当延长搜索探测器400的积分时间，以保证搜索距离。因此，搜索转台的方位搜索速度可根据空域不同做调整，实现与搜索探测器400的积分时间匹配，完成对关注空域的侦察预警。
通过控制跟踪方位驱动电机303和跟踪俯仰驱动电机301使跟踪探测器500可以在俯仰方向上的任意角度范围内进行360°全方位的圆周扫描，也可以根据需要在矩形空域进行扇形扫描。当信号处理器204传输角度信息时，可以在根据所述角度信息确定的空域内进行小区域搜索目标并跟踪。当然，跟踪探测器500也可以在预先选定的空域内进行搜索，搜索到目标时自动进行跟踪。跟踪探测器500也可以进行螺旋线扫描或“弓”字形扫描。
通过上述方式，跟踪探测器500在对目标进行跟踪时，搜索探测器400可以同时对警戒空域进行搜索，达到搜索和跟踪同时进行，从而实现在单一光电探测系统上同时进行搜索和跟踪，并且搜索探测器400位于跟踪探测器下方的外围，可保证搜索和跟踪互不干扰，搜索探测器400和跟踪探测器500由搜索转台200和跟踪转台300分别独立带动，并且所有组件都安装于底座100上，因而具有组成简单，集成度高、移植性强、自主性强、实时性强、成本低、数据传输速度快和坐标转换简单等优点。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (9)
1.一种搜索和跟踪一体的光电探测系统，其特征在于，所述光电探测系统包括底座、跟踪转台、搜索转台、搜索探测组件和跟踪探测组件，所述底座上安装有方位轴，所述搜索转台套装于所述方位轴并绕所述方位轴转动，所述跟踪转台套装于所述方位轴并绕所述方位轴转动，并且所述跟踪转台位于所述搜索转台上方，所述搜索探测组件安装在所述搜索转台上并随所述搜索转台转动，所述跟踪探测组件安装在所述跟踪转台上并随所述跟踪转台转动，并且所述搜索探测组件安装在所述跟踪探测组件的外围，其中，所述搜索探测组件在360°范围内搜索到目标时，将所述目标的角度信息上报，同时持续在当前空域进行搜索，所述跟踪探测组件在预先选定的空域内或在根据所述角度信息确定的空域内捕获并跟踪所述目标；
所述搜索转台为悬臂结构，所述搜索探测组件包括搜索探测器、搜索俯仰驱动电机和搜索方位驱动电机，所述搜索方位驱动电机位于所述搜索转台上并驱动所述搜索转台绕所述方位轴转动，所述搜索探测器与所述搜索转台的一端转动连接并绕第一方向进行俯仰转动，所述搜索俯仰驱动电机位于所述搜索转台上并驱动所述搜索探测器绕所述第一方向进行俯仰转动，其中，所述第一方向与所述方位轴的轴向垂直。
2.根据权利要求1所述的光电探测系统，其特征在于，所述搜索探测组件还包括搜索俯仰轴角编码器，所述搜索俯仰轴角编码器位于所述搜索转台上并与所述搜索俯仰驱动电机同轴安装，用于设定所述搜索探测器的俯仰角度。
3.根据权利要求1所述的光电探测系统，其特征在于，所述搜索探测组件还包括信号处理器，所述信号处理器固定在所述搜索转台相对所述搜索探测器的一端，用于对所述搜索探测器上报的角度信息进行处理。
4.根据权利要求2所述的光电探测系统，其特征在于，所述搜索转台与所述搜索探测器连接的一端呈U型开口设置，所述搜索探测器位于所述搜索转台的U型开口内，所述搜索俯仰驱动电机和所述搜索俯仰轴角编码器分别位于所述搜索探测器两侧。
5.根据权利要求1所述的光电探测系统，其特征在于，所述搜索转台的两端以所述方位轴为中心对称。
6.根据权利要求1至5任一项所述的光电探测系统，其特征在于，所述跟踪转台的上部呈U 型开口设置，所述跟踪转台的底部套装于所述方位轴，所述跟踪探测组件包括跟踪探测器、跟踪俯仰驱动电机和跟踪方位驱动电机，所述跟踪方位驱动电机位于所述跟踪转台上并驱动所述跟踪转台绕所述方位轴转动，所述跟踪探测器位于所述跟踪转台的U 型开口内，与所述跟踪转台转动连接并绕第二方向进行俯仰转动，所述跟踪俯仰驱动电机位于所述跟踪转台上并驱动所述跟踪探测器绕所述第二方向进行俯仰转动，其中，所述第二方向与所述方位轴的轴向垂直。
7.根据权利要求6所述的光电探测系统，其特征在于，所述跟踪探测组件还包括跟踪俯仰轴角编码器，所述跟踪俯仰轴角编码器位于所述跟踪转台上并与所述跟踪俯仰驱动电机同轴安装，用于设定所述跟踪探测器的俯仰角度。
8.根据权利要求7所述的光电探测系统，其特征在于，所述跟踪俯仰驱动电机和所述跟踪俯仰轴角编码器分别位于所述跟踪探测器两侧。
9.根据权利要求6 所述的光电探测系统，其特征在于，所述搜索探测器位于所述跟踪探测器的外围。
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