CN104539906B - 图像/激光测距/ads‑b监控一体化系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了图像/激光测距/ABS‑B监控一体化系统，该系统通过对飞机发送自身信息的合作目标和飞机不发送自身信息的非合作目标的监控方法分类，给出了ABS‑B接收信号、图像和激光测距仪再确认的合作目标监控方法；对于飞机不发送自身信息的非合作目标，图像采集处理系统对CCD输入图像解码，将相邻两帧图像中指定的同一区域在FPGA进行比较，获得有无目标运动信息；通过FPGA直接提取目标中心、运动偏移量和速度，并根据目标中心和运动速度确定两轴可控云台的转向及大小监测非合作目标；实现了航空机场最小监视系统——图像/激光测距/ABS‑B监控一体化系统，解决了ADS‑B不能探测非合作目标并修正自身误差的技术问题。

Description

图像/激光测距/ADS-B监控一体化系统

技术领域

本发明涉及通用航空地空监视问题，特别涉及ADS-B监视系统，属于信息技术领域。

背景技术

通用航空近年来在国际上得到了很大发展，我国也在积极开展放宽低空飞行限制，促进通用航空事业的发展。然而，目前国际上大部分低空飞行的航空器以目视飞行规则运行，安全隐患很大。很多国家都采用方式简单、成本低廉的ADS-B方式进行空中交通管理。

自动相关监视(ADS)技术是新航行系统发展最重要的成果，是国际上解决空中交通管制最有效的办法。广播式自动相关监视(ADS-B)是一种基于GPS全球卫星定位系统和空-空、地-空数据链通信的航空器运行监视技术。ADS-B主要实施空对空监视，一般情况下，只需机载电子设备(GPS接收机、数据链收发机及其天线、驾驶舱冲突信息显示器CDTI)，不需要任何地面辅助设备即可完成相关功能，装备了ADS-B的飞机可通过数据链广播其自身的精确位置和其它数据(如速度、高度及飞机是否转弯、爬升或下降等)。ADS-B接收机与空管系统、其它飞机的机载ADS-B结合起来，在空地都能提供精确、实时的冲突信息。自从1991年，ADS-B技术首次在瑞典首都的Bromma机场成功演示以来，在国际民航组织新航行系统发展规划的指导下，欧洲、北美和澳大利亚等地区的航空组织进行了卓有成效的研究和实验。研究和实验的成果表明，随着航空机载设备智能化程度越来越高，地/空双向数据通信能力越来越强，ADS-B技术在通用航空方面具有很好的应用前景。因此，国内外对通用航空器都要求安装机载S模式应答机，以便进行低空交通管制。

然而，在通航飞机上安装的仪表具有较大的误差，ADS-B不能对自身误差修正；特别是低空空域还必然存在大量的非合作式通用航空器（各类简易的未安装S模式应答机或ADS-B 设备的小型航空器（如飞艇、各类航模等）、各类带有敌意的通用航空飞行器等等），对于这类航空飞行器，ADS-B技术显然无能为力，需要研究其他有效的监视技术。

发明内容

为了解决ADS-B不能探测非合作目标并修正自身误差的技术缺陷，本发明提出了图像/激光测距/ADS-B监控一体化系统，该系统通过对飞机发送自身信息的合作目标和飞机不发送自身信息的非合作目标的监控方法分类，给出了ADS-B接收信号、图像和激光测距仪再确认的合作目标监控方法；对于飞机不发送自身信息的非合作目标，图像采集处理系统对CCD输入图像解码，将相邻两帧图像中指定的同一区域在FPGA进行比较，获得有无目标运动信息；通过FPGA直接提取目标中心、运动偏移量和速度，并根据目标中心和运动速度确定两轴可控云台的转向及大小监测非合作目标；实现了航空机场最小监视系统——图像/激光测距/ADS-B监控一体化系统，解决了ADS-B不能探测非合作目标并修正自身误差的技术问题。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种图像/激光测距/ADS-B监控一体化系统，其特征包括以下特点：

1）图像/激光测距/ADS-B监控一体化系统由自相关监视系统ADS-B、多路可见光CCD和红外CCD、可见光CCD和红外CCD固定焦距镜头、可见光CCD和红外CCD自动变焦镜头、两轴可控云台、激光测距仪、北斗或GPS或GNSS、图像采集处理系统、云台控制系统和自动变焦镜头控制器组成；多路可见光CCD和红外CCD和激光测距仪都安装在两轴可控云台同时转动或俯仰；激光测距仪安装于中央，多路可见光CCD和红外CCD安装于两侧；

2）飞机发送自身信息的合作目标监控方法为：

a) ADS-B接收得到合作目标的位置、速度信息，云台控制系统根据合作目标的位置与两轴可控云台安装位置给出两轴可控云台的方位角和高低角控制指令，自动变焦镜头控制器根据合作目标的位置与两轴可控云台安装位置之间的斜距给出可见光CCD和红外CCD自动变焦镜头的控制指令，使得获得的合作目标CCD图像的大小适中，图像采集处理系统完成图像采集和合作目标图像形状中心分析，并使得激光测距仪发射激光时对准合作目标中心邻域内；激光测距仪发射激光获得激光测距仪镜头与合作目标位置的斜距；

b) 当ADS-B接收得到合作目标的位置有误差且较小时，云台控制系统给出转动及俯仰指令控制两轴可控云台自动搜寻到合作目标，图像采集处理系统完成图像采集和合作目标图像形状中心分析，云台控制系统再次给出转动及俯仰指令使得激光测距仪发射激光时对准合作目标中心邻域内；激光测距仪发射激光获得激光测距仪镜头与合作目标位置的斜距；

3）飞机不发送自身信息的非合作目标监控方法为：

（a）图像采集处理系统对CCD输入图像解码、将相邻两帧图像中指定的同一区域在FPGA进行比较，获得有无目标运动信息；用高速时钟按设定的区域随解码芯片输出的图像数据流对当前帧图像与存入SRAM中的上一帧图像作绝对差分，差分结果与固定阈值进行比较，大于阈值为有运动像素点，否则为无运动像素点；对有运动像素点进行统计，大于设定阈值时认为有运动目标，否则认为无运动目标；

（b）用FPGA进行图像阈值分割，检测到有运动目标后再对包含目标的设定区域进行灰度统计并计算灰度平均值；

（c）通过FPGA提取目标中心、计算运动偏移量和速度；

（d）通过FPGA预测下一帧图像中的目标中心位置；

（e）云台控制系统给出两轴可控云台的方位角和高低角控制指令，使得激光测距仪发射激光时对准合作目标中心邻域内；激光测距仪发射激光获得激光测距仪镜头与非合作目标位置的斜距。

本发明的有益结果是：通过对飞机发送自身信息的合作目标和飞机不发送自身信息的非合作目标的监控方法分类，给出了ADS-B接收信号、图像和激光测距仪再确认的合作目标监控方法；对于飞机不发送自身信息的非合作目标，图像采集处理系统对CCD输入图像解码，将相邻两帧图像中指定的同一区域在FPGA进行比较，获得有无目标运动信息；通过FPGA直接提取目标中心、运动偏移量和速度，并根据目标中心和运动速度确定两轴可控云台的转向及大小监测非合作目标；实现了航空机场最小监视系统——图像/激光测距/ADS-B监控一体化系统，解决了ADS-B不能探测非合作目标并修正自身误差的技术问题。

下面结合实例对本发明作详细说明。

具体实施方式

1）图像/激光测距/ADS-B监控一体化系统由自相关监视系统ADS-B、2路可见光CCD和2路红外CCD、1个60mm可见光CCD固定焦距镜头、1个60mm红外CCD固定焦距镜头、1个10-200mm可见光CCD自动变焦镜头、1个10-200mm红外CCD自动变焦镜头、两轴可控云台、激光测距仪、GPS、图像采集处理系统、云台控制系统和自动变焦镜头控制器组成；多路可见光CCD和红外CCD和激光测距仪都安装在两轴可控云台同时转动或俯仰；激光测距仪安装于中央，多路可见光CCD和红外CCD安装于两侧；

2）飞机发送自身信息的合作目标监控方法为：

a) ADS-B接收得到合作目标的位置、速度信息，云台控制系统根据合作目标的位置与两轴可控云台安装位置给出两轴可控云台的方位角和高低角控制指令，自动变焦镜头控制器根据合作目标的位置与两轴可控云台安装位置之间的斜距给出可见光CCD和红外CCD自动变焦镜头的控制指令，使得获得的合作目标CCD图像的大小适中，图像采集处理系统完成图像采集和合作目标图像形状中心分析，并使得激光测距仪发射激光时对准合作目标中心邻域内；激光测距仪发射激光获得激光测距仪镜头与合作目标位置的斜距；

b) 当ADS-B接收得到合作目标的位置有误差且较小时，云台控制系统给出转动及俯仰指令控制两轴可控云台自动搜寻到合作目标，图像采集处理系统完成图像采集和合作目标图像形状中心分析，云台控制系统再次给出转动及俯仰指令使得激光测距仪发射激光时对准合作目标中心邻域内；激光测距仪发射激光获得激光测距仪镜头与合作目标位置的斜距；

3）飞机不发送自身信息的非合作目标监控方法为：

（a）图像采集处理系统对CCD输入图像解码、将相邻两帧图像中指定的同一区域在FPGA进行比较，获得有无目标运动信息；用高速时钟按设定的区域随解码芯片输出的图像数据流对当前帧图像与存入SRAM中的上一帧图像作绝对差分，差分结果与固定阈值进行比较，大于阈值为有运动像素点，否则为无运动像素点；对有运动像素点进行统计，大于设定阈值时认为有运动目标，否则认为无运动目标；

（b）用FPGA进行图像阈值分割，检测到有运动目标后再对包含目标的设定区域进行灰度统计并计算灰度平均值；

（c）通过FPGA提取目标中心、计算运动偏移量和速度；

（d）通过FPGA预测下一帧图像中的目标中心位置；

（e）云台控制系统给出两轴可控云台的方位角和高低角控制指令，使得激光测距仪发射激光时对准非合作目标中心邻域内；激光测距仪发射激光获得激光测距仪镜头与非合作目标位置的斜距。

Claims (1)

1.一种图像/激光测距/ADS-B监控一体化系统，其特征包括以下特点：

1）图像/激光测距/ADS-B监控一体化系统由自相关监视系统ADS-B、多路可见光CCD和红外CCD、可见光CCD和红外CCD固定焦距镜头、可见光CCD和红外CCD自动变焦镜头、两轴可控云台、激光测距仪、北斗或GPS或GNSS、图像采集处理系统、云台控制系统和自动变焦镜头控制器组成；多路可见光CCD和红外CCD和激光测距仪都安装在两轴可控云台同时转动或俯仰；激光测距仪安装于中央，多路可见光CCD和红外CCD安装于两侧；

2）飞机发送自身信息的合作目标监控方法为：

a) ADS-B接收得到合作目标的位置、速度信息，云台控制系统根据合作目标的位置与两轴可控云台安装位置给出两轴可控云台的方位角和高低角控制指令，自动变焦镜头控制器根据合作目标的位置与两轴可控云台安装位置之间的斜距给出可见光CCD和红外CCD自动变焦镜头的控制指令，使得获得的合作目标CCD图像的大小适中，图像采集处理系统完成图像采集和合作目标图像形状中心分析，并使得激光测距仪发射激光时对准合作目标中心邻域内；激光测距仪发射激光获得激光测距仪镜头与合作目标位置的斜距；

b) 当ADS-B接收得到合作目标的位置有误差且较小时，云台控制系统给出转动及俯仰指令控制两轴可控云台自动搜寻到合作目标，图像采集处理系统完成图像采集和合作目标图像形状中心分析，云台控制系统再次给出转动及俯仰指令使得激光测距仪发射激光时对准合作目标中心邻域内；激光测距仪发射激光获得激光测距仪镜头与合作目标位置的斜距；

3）飞机不发送自身信息的非合作目标监控方法为：

（a）图像采集处理系统对CCD输入图像解码、将相邻两帧图像中指定的同一区域在FPGA进行比较，获得有无目标运动信息；用高速时钟按设定的区域随解码芯片输出的图像数据流对当前帧图像与存入SRAM中的上一帧图像作绝对差分，差分结果与固定阈值进行比较，大于阈值为有运动像素点，否则为无运动像素点；对有运动像素点进行统计，大于设定阈值时认为有运动目标，否则认为无运动目标；

（b）用FPGA进行图像阈值分割，检测到有运动目标后再对包含目标的设定区域进行灰度统计并计算灰度平均值；

（c）通过FPGA提取目标中心、计算运动偏移量和速度；

（d）通过FPGA预测下一帧图像中的目标中心位置；

（e）云台控制系统给出两轴可控云台的方位角和高低角控制指令，使得激光测距仪发射激光时对准合作目标中心邻域内；激光测距仪发射激光获得激光测距仪镜头与非合作目标位置的斜距。