CN104524731A - 基于光电转塔的多信息融合智能水炮系统 - Google Patents

Abstract

一种基于光电转塔的多信息融合智能水炮系统，包括三个组成部分：探测前端、显示和控制端、执行端，其特征在于：探测前端包括光电转塔，光电转塔包括光电伺服控制模块、稳像模块、红外探测模块、可见光探测模块、激光测距模块；显示和控制端包括显控计算机、跟踪器；执行端包括水炮本体及水炮伺服控制模块；连接关系：红外探测模块、可见光探测模块、激光测距模块通过光学接口板与光电伺服控制模块连接通讯，红外探测模块、可见光探测模块连接稳像模块，稳像模块连接显控计算机；显控计算机连接光电伺服控制模块、跟踪器、水炮伺服控制模块；水炮伺服控制模块驱动水炮本体。

Description

基于光电转塔的多信息融合智能水炮系统

技术领域

本发明涉及一种水炮，特别是一种基于光电转塔的多信息融合智能水炮系统。

背景技术

已有的智能水炮主要应用于建筑物灭火，由水炮、前端探测系统和主控机构成。水炮、前端探测系统和主控机都位于建筑物固定场所之内。前端探测系统探测信息较为固定和有限。但是在以下情况下并不适用：对于非红外目标、对于移动目标的发射，对于更广阔的空间监控和全局调度。

发明内容

本发明提供一种基于光电转塔的多信息融合智能水炮系统，包括三个组成部分：探测前端、显示和控制端、执行端，其特征在于：

探测前端包括光电转塔，光电转塔包括光电伺服控制模块、稳像模块、红外探测模块、可见光探测模块、激光测距模块；显示和控制端包括显控计算机、跟踪器；执行端包括水炮本体及水炮伺服控制模块；

连接关系：红外探测模块、可见光探测模块、激光测距模块通过光学接口板与光电伺服控制模块连接通讯，红外探测模块、可见光探测模块连接稳像模块，稳像模块连接显控计算机；显控计算机连接光电伺服控制模块、跟踪器、水炮伺服控制模块；水炮伺服控制模块驱动水炮本体。

上述基于光电转塔的多信息融合智能水炮系统的控制方法，其特征在于包括如下步骤：

一、显控计算机发指令给光电伺服控制模块进行扫描，探测前端通过红外探测模块和可见光探测模块输出两路实时视频图像信息，经过稳像模块将两轴稳定的视频图像传输到显控计算机；

二、显控计算机通过实时视频图像发现目标后，发送指令给激光测距模块对目标进行测距；

三、显控计算机给跟踪器发指令，跟踪器锁定目标，跟踪器利用图像算法计算出目标与光轴的偏差值，经显控计算机解算后给光电伺服控制模块发送运动命令，实现自动跟踪，或者操作者直接操控显控计算机的操作手柄手动跟踪目标；

四、光电伺服控制模块将角度信息实时反馈显控计算机，显控计算机通过该角度信息和目标距离信息进行水炮的指向解算，将方位角和俯仰角解算结果发送给水炮伺服控制模块，水炮伺服控制模块控制水炮向目标发射。

进一步，步骤四中，显控计算机进行水炮指向解算时，对目标进行运动修正：

设光电转塔至目标距离为Z1，光电转塔与水炮发射端之间的距离为Z2，显控计算机根据及光电转塔、水炮发射端、目标三者之间的位置关系自动计算水炮发射端至目标距离为Z3；

若水炮系统运动或目标运动或二者同时运动时，当光电转塔指向目标并锁定时，将目标坐标信息传输至显控计算机，设此时刻为t1，水炮伺服控制模块驱动水炮本体喷射水柱至目标位置，设此时刻为t2，则延时△t＝t2-t1，设偏差距离为△L，显控计算机在光电转塔t1时刻指向目标的位置Z1时，根据目标相对水炮系统的运动速度，计算预先量，修正水炮发射端至目标距离Z3为Z3’，进而解算出修正的水炮方位角和俯仰角。

进一步，步骤四中，显控计算机进行水炮指向解算时，对目标进行风向修正：显控计算机连接测风仪，显控计算机根据当前风力方向和大小及水炮发射端与目标的位置和运动关系解算出修正的水炮方位角和俯仰角。

进一步，显控计算机具有人机界面，步骤四中，水炮伺服控制模块控制水炮向目标发射后，操作者通过显控计算机人机界面根据当前水炮实际发射位置，手动修正水炮的方位角和俯仰角，操控显控计算机发送射击指令给执行端。

有益效果：

本发明的基于光电转塔的多信息融合智能水炮系统，观测者可通过显示屏观察，一旦发现目标，则通过显控计算机给跟踪器发送探测信息和跟踪指令，跟踪器通过图像算法将目标偏移信息反馈给显控计算机，显控计算机将接收的跟踪器信息和探测前端的探测信息进行分析处理给探测前端的伺服系统发转动指令，通过激光测距得到的距离信息，计算出的稳定平台转动角度以及水炮到光电转塔的方位信息进行解算，发送架位信息给水炮，从而实现水炮的精确发射。

现有的探测前端多采用红外探测，红外探测灵敏度低，探测距离近，本发明采用非制冷红外面阵探测器、可见光高清相机和远距离激光测距机作为探测前端，采集的信息更加丰富。

现有技术无法对移动目标进行射击。本发明采用跟踪模块，通过图像处理算法，能够跟踪目标，时刻掌控目标信息并反馈显控计算机，显控计算机将状态进行分析后对水炮发出指令，从而实现对移动目标的射击。

现有技术的探测系统相对观测距离近，探测景象固定、信息单一，小范围需要布置多个探测前端。对广范围和火势蔓延较快的情况可能产生无法应对的后果。本发明的探测前端能够实现全方位的搜索，控制半径能达到10km，通过控制中心将信息和水炮分布信息进行解算，实现广范围全局调度。

本发明主要通过多信息探测前端搜索和发现目标以及险情，并可自动全方位的跟踪目标，将数据传输给显示控制中心，通过位置和角度解算，调度水炮进行定位发射。

本发明观测信息多，探测距离远，可自动跟踪移动目标；可扩展性强，控制中心可配多个探测前端，一个探测前端可配备多个水炮。特别适用于海警执法、森林防火，智能城市的消防系统等诸多领域。

本发明应用于水炮的远程操控和自动操控。使得发射目的性强、具有更迅速更精确的优点，同时避免了人在现场操控水炮时面临的危险。

附图说明

图1为本发明整体系统框图；

图2为本发明水炮与目标相对运动时的位置关系图，图中，1-光电转塔，2-目标，3-水炮发射端。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

一种基于光电转塔的多信息融合智能水炮系统，包括三个组成部分：探测前端、显示和控制端、执行端，探测前端包括光电转塔，光电转塔包括光电伺服控制模块、稳像模块、红外探测模块、可见光探测模块、激光测距模块；显示和控制端包括显控计算机、跟踪器；执行端包括水炮本体及水炮伺服控制模块；

连接关系：红外探测模块、可见光探测模块、激光测距模块通过光学接口板与光电伺服控制模块连接通讯，红外探测模块、可见光探测模块连接稳像模块，稳像模块连接显控计算机；显控计算机连接光电伺服控制模块、跟踪器、水炮伺服控制模块；水炮伺服控制模块驱动水炮本体。

上述基于光电转塔的多信息融合智能水炮系统的控制方法，包括如下步骤：

一、显控计算机发指令给光电伺服控制模块进行扫描，探测前端通过红外探测模块和可见光探测模块输出两路实时视频图像信息，经过稳像模块将两轴稳定的视频图像传输到显控计算机；

二、显控计算机通过实时视频图像发现目标后，发送指令给激光测距模块对目标进行测距；

三、显控计算机给跟踪器发指令，跟踪器锁定目标，跟踪器利用图像算法计算出目标与光轴的偏差值，经显控计算机解算后给光电伺服控制模块发送运动命令，实现自动跟踪，或者操作者直接操控显控计算机的操作手柄手动跟踪目标；

四、光电伺服控制模块将角度信息实时反馈显控计算机，显控计算机通过该角度信息和目标距离信息进行水炮的指向解算，将方位角和俯仰角解算结果发送给水炮伺服控制模块，水炮伺服控制模块控制水炮向目标发射。

显控计算机进行水炮指向解算时，对目标进行运动修正：

设光电转塔1至目标2距离为Z1，光电转塔1与水炮发射端3之间的距离为Z2，显控计算机根据及光电转塔1、水炮发射端3、目标2三者之间的位置关系自动计算水炮发射端3至目标2距离为Z3；

若水炮系统运动或目标运动或二者同时运动时，当光电转塔指向目标并锁定时，将目标坐标信息传输至显控计算机，设此时刻为t1，水炮伺服控制模块驱动水炮本体喷射水柱至目标位置，设此时刻为t2，则延时△t＝t2-t1，设偏差距离为△L，显控计算机在光电转塔t1时刻指向目标的位置Z1时，根据目标相对水炮系统的运动速度，计算预先量，修正水炮发射端至目标距离Z3为Z3’，进而解算出修正的水炮方位角和俯仰角。

显控计算机进行水炮指向解算时，对目标进行风向修正：显控计算机连接测风仪，显控计算机根据当前风力方向和大小及水炮发射端与目标的位置和运动关系解算出修正的水炮方位角和俯仰角。

显控计算机具有人机界面，步骤四中，水炮伺服控制模块控制水炮向目标发射后，操作者通过显控计算机人机界面根据当前水炮实际发射位置，手动修正水炮的方位角和俯仰角，操控显控计算机发送射击指令给执行端。

Claims (5)

1.一种基于光电转塔的多信息融合智能水炮系统，包括三个组成部分：探测前端、显示和控制端、执行端，其特征在于：

探测前端包括光电转塔，光电转塔包括光电伺服控制模块、稳像模块、红外探测模块、可见光探测模块、激光测距模块；显示和控制端包括显控计算机、跟踪器；执行端包括水炮本体及水炮伺服控制模块；

连接关系：红外探测模块、可见光探测模块、激光测距模块通过光学接口板与光电伺服控制模块连接通讯，红外探测模块、可见光探测模块连接稳像模块，稳像模块连接显控计算机；显控计算机连接光电伺服控制模块、跟踪器、水炮伺服控制模块；水炮伺服控制模块驱动水炮本体。

2.一种基于光电转塔的多信息融合智能水炮系统的控制方法，其特征在于包括如下步骤：

一、显控计算机发指令给光电伺服控制模块进行扫描，探测前端通过红外探测模块和可见光探测模块输出两路实时视频图像信息，经过稳像模块将两轴稳定的视频图像传输到显控计算机；

二、显控计算机通过实时视频图像发现目标后，发送指令给激光测距模块对目标进行测距；

三、显控计算机给跟踪器发指令，跟踪器锁定目标，跟踪器利用图像算法计算出目标与光轴的偏差值，经显控计算机解算后给光电伺服控制模块发送运动命令，实现自动跟踪，或者操作者直接操控显控计算机的操作手柄手动跟踪目标；

四、光电伺服控制模块将角度信息实时反馈显控计算机，显控计算机通过该角度信息和目标距离信息进行水炮的指向解算，将方位角和俯仰角解算结果发送给水炮伺服控制模块，水炮伺服控制模块控制水炮向目标发射。

3.根据权利要求2所述的基于光电转塔的多信息融合智能水炮系统的控制方法，其特征在于：步骤四中，显控计算机进行水炮指向解算时，对目标进行运动修正：

设光电转塔至目标距离为Z1，光电转塔与水炮发射端之间的距离为Z2，显控计算机根据及光电转塔、水炮发射端、目标三者之间的位置关系自动计算水炮发射端至目标距离为Z3；

若水炮系统运动或目标运动或二者同时运动时，当光电转塔指向目标并锁定时，将目标坐标信息传输至显控计算机，设此时刻为t1，水炮伺服控制模块驱动水炮本体喷射水柱至目标位置，设此时刻为t2，则延时△t＝t2-t1，设偏差距离为△L，显控计算机在光电转塔t1时刻指向目标的位置Z1时，根据目标相对水炮系统的运动速度，计算预先量，修正水炮发射端至目标距离Z3为Z3’，进而解算出修正的水炮方位角和俯仰角。

4.根据权利要求2所述的基于光电转塔的多信息融合智能水炮系统的控制方法，其特征在于：步骤四中，显控计算机进行水炮指向解算时，对目标进行风向修正：显控计算机连接测风仪，显控计算机根据当前风力方向和大小及水炮发射端与目标的位置和运动关系解算出修正的水炮方位角和俯仰角。

5.根据权利要求2-4任一项所述的基于光电转塔的多信息融合智能水炮系统的控制方法，其特征在于：显控计算机具有人机界面，步骤四中，水炮伺服控制模块控制水炮向目标发射后，操作者通过显控计算机人机界面根据当前水炮实际发射位置，手动修正水炮的方位角和俯仰角，操控显控计算机发送射击指令给执行端。