CN105137421A - 光电复合低空预警探测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光电复合低空预警探测系统，包括如下模块：毫米波雷达探测器、光学探测器、综合伺服控制器、数字分机、制冷机、电源分机，以及具有人机交互界面的主控计算机。本发明为采用多种探测器的组合低空探测解决方案，利用不同探测器的优势，能够有效地探测、定位并识别低空中的各类目标。
Description
技术领域
本发明涉及光电复合低空预警探测系统。
背景技术
低空泛指3000米以下的空域。近些年来，开放低空通航的呼声越来越高。一旦实行，将对低空探测提出更高的要求。另一方面，要害部门、重点区域为了应对可能的恐怖袭击，也有迫切的低空探测需求。
低空空域具有以下2个特点：一是飞行器种类繁多，包括各种通用飞行器、直升机、无人机、飞艇、热气球等；二是环境复杂，城市里存在各种高大建筑物，野外存在山坡等。上述特点为低空探测带来了较大的挑战。
目前对于低空空域，尤其是500m以下的空域，尚无有效的探测手段，国内也没有成熟产品。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种光电复合低空预警探测系统。
为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种光电复合低空预警探测系统，包括如下模块：毫米波雷达探测器、光学探测器、综合伺服控制器、数字分机、制冷机、电源分机，以及具有人机交互界面的主控计算机；
所述毫米波雷达探测器包括：雷达伺服器、天线、射频前端、信道分机；
所述天线，其由雷达伺服器承载，并在雷达伺服器驱动下运动；
所述射频前端，其固定于天线背面，随天线一起运动；所述射频前端包括：发射支路和接收支路；在发射状态，射频前端将信道分机的中频发射信号上变频到毫米波段，并传输给天线；在接收状态，射频前端将天线接收的毫米波信号下变频，传输至信道分机；
所述信道分机包括：直接数字式频率合成器、频率综合器、发射支路和接收支路；所述直接数字式频率合成器，用于产生0～200MHz的点频信号或线性调频信号；所述频率综合器，用于产生全系统工作时钟、上下变频本振信号；所述信道分机的发射支路，将信号上变频到中频，发送给射频前端；所述信道分机的接收支路，将射频前端发送的信号下变频到低中频，传输给数字分机；
所述光学探测器包括：光学伺服器、视频探测器、红外探测器；
所述视频探测器和红外探测器，由光学伺服器承载，并在光学伺服器驱动下运动；所述视频探测器与红外探测器的探测方向共轴；
所述视频探测器，通过光电转换将光信号转化为电信号，并将电信号传输至数字分机；
所述红外探测器包括：红外阵面、透镜系统、头罩；
所述红外阵面，通过光电转换将光信号转化为电信号，并将电信号传输至数字分机；
所述透镜系统，其设于红外阵面前端，包含一组凸透镜或凹透镜，用于调整红外阵面成像焦点的位置及成像大小；
所述头罩，其包裹红外阵面和透镜系统，用于保护透镜系统与红外阵面；
所述综合伺服控制器，其用于控制雷达伺服器和光学伺服器工作，协调控制毫米波雷达探测器和光学探测器的姿态；
所述数字分机包括：雷达信号处理模块、视频成像模块、红外成像模块和接口控制模块；
所述雷达信号处理模块，将信道分机接收支路发送的低中频信号转换为数字信号，并对该数字信号进行数字信号处理，得到雷达探测数据；
所述视频成像模块，对视频探测器的电信号进行处理，得到视频图像数据；
所述红外成像模块，对红外阵面的电信号进行图像重建、非均匀校正及预处理，得到红外图像数据；
所述接口控制模块，向主控计算机输出雷达探测数据、视频图像数据和红外图像数据，接收主控计算机的各项指令，控制透镜系统实现红外阵面不同距离的观测；
所述制冷机，用于将毫米波雷达探测器、视频探测器和红外探测器的工作温度保持在正常范围；
所述电源分机，对外接电源进行电压转换，转换为各用电模块的工作电压，为各用电模块供电；
所述主控计算机，其用于：控制综合伺服控制器工作，通过综合伺服控制器协调控制毫米波雷达探测器和光学探测器的姿态和探测范围；接收和处理雷达探测数据、视频图像数据和红外图像数据，并输出处理结果。
优选的，所述述雷达伺服器，其控制毫米波雷达探测器的天线俯仰角，改变毫米波雷达探测器覆盖空域的高度范围。
优选的，所述毫米波雷达探测器的天线采用一维相控阵形式，俯仰向电子扫描，方位向在雷达伺服器控制下360度机械扫描。
优选的，所述毫米波雷达探测器工作在Ka波段。
优选的，所述毫米波雷达探测器的信号带宽最大值为1.25GHz，距离分辨率优于0.1m。
优选的，在工作过程中，毫米波雷达用于大范围搜索，视频探测器和红外探测器用于重点范围的搜索，以及特定目标的持续跟踪。
所述主控计算机，具有人机交互界面，控制伺服系统协调雷达与红外/光学系统的探测范围，控制雷达与红外/光学系统的工作状态，处理雷达与红外光学系统的数据主控计算机一方面控制各探测器的运行状态，另一方面处理各探测器的探测信号，将处理结果反馈给操作员。
本发明为采用多种探测器的组合低空探测解决方案，利用不同探测器的优势，能够有效地探测、定位并识别低空中的各类目标。
本发明具有如下特点：
1、雷达+光学+红外组合低空探测，综合各种传感器的优点。
由于低空环境复杂，采用单一的传感器技术进行探测，都会由于其自身的缺点，不能满足现实需求。采用毫米波雷达为与图像检测相结合的综合探测系统，弥补了单一技术的劣势，实现优势互补，提高了在各种天气条件下的检测性能和检测可靠性。
2、基于杂波图+检测前跟踪的杂波抑制方法。
低空雷达探测主要难点有2个：一是地杂波影响明显，二是小目标后向散射系数较低，回波信号能量小。拟采用杂波图检测和检测前跟踪的综合检测方法。利用杂波图估计杂波的统计特性，对回波信号进行预处理，抑制大部分杂波；然后利用检测前跟踪技术对目标能量进行积累，提高信杂比，并利用杂波图估计检测门限，实现目标的有效检测。
3、雷达、红外/光学组合探测策略及资源调度方法。
采用以雷达为主、光学为辅的探测策略。雷达系统具有覆盖范围广的特点，可实时连续扫描，实现广域探测。待发现可疑目标后，利用光学系统对可疑区域进行图像确认，可以极大地降低虚警。在确认目标后，可以进一步将图像进行放大(光学放大)，从而方便管制员进行确认。
本发明还具有如下优点：
1、综合雷达与红外/光学的特点，雷达系统可全天时、全天候工作，覆盖空域广，红外/光学系统可提供高分辨二维图像信息，便于目标识别与确认，二者结合可实现高距离与角度测量精度。
2、综合雷达与红外/光学的自动目标识别，雷达信号可根据目标尺寸、轮廓信息实现粗识别，在获取图像信息后进行精识别。
3、模块化设计、体积重量较小，便于部署。
附图说明
图1是本发明的示意图；
图2是毫米波雷达的示意图；
图3是红外探测器的示意图。
图4是本发明工作流程的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明具体实施的技术方案是：
如图1所示，一种光电复合低空预警探测系统，包括如下模块：毫米波雷达探测器、光学探测器、综合伺服控制器、数字分机、制冷机、电源分机，以及具有人机交互界面的主控计算机；
如图2所示，所述毫米波雷达探测器包括：雷达伺服器、天线、射频前端、信道分机；
所述天线，其由雷达伺服器承载，并在雷达伺服器驱动下运动；
所述射频前端，其固定于天线背面，随天线一起运动；所述射频前端包括：发射支路和接收支路；在发射状态，射频前端将信道分机的中频发射信号上变频到毫米波段，并传输给天线；在接收状态，射频前端将天线接收的毫米波信号下变频，传输至信道分机；
所述信道分机包括：直接数字式频率合成器、频率综合器、发射支路和接收支路；所述直接数字式频率合成器，用于产生0～200MHz的点频信号或线性调频信号；所述频率综合器，用于产生全系统工作时钟、上下变频本振信号；所述信道分机的发射支路，将信号上变频到中频，发送给射频前端；所述信道分机的接收支路，将射频前端发送的信号下变频到低中频，传输给数字分机；
所述光学探测器包括：光学伺服器、视频探测器、红外探测器；
所述视频探测器和红外探测器，由光学伺服器承载，并在光学伺服器驱动下运动；所述视频探测器与红外探测器的探测方向共轴；
所述视频探测器，通过光电转换将光信号转化为电信号，并将电信号传输至数字分机；
如图3所示，所述红外探测器包括：红外阵面、透镜系统、头罩；
所述红外阵面，通过光电转换将光信号转化为电信号，并将电信号传输至数字分机；
所述透镜系统，其设于红外阵面前端，包含一组凸透镜或凹透镜，用于调整红外阵面成像焦点的位置及成像大小；
所述头罩，其包裹红外阵面和透镜系统，用于保护透镜系统与红外阵面；
所述综合伺服控制器，其用于控制雷达伺服器和光学伺服器工作，协调控制毫米波雷达探测器和光学探测器的姿态；
所述数字分机包括：雷达信号处理模块、视频成像模块、红外成像模块和接口控制模块；
所述雷达信号处理模块，将信道分机接收支路发送的低中频信号转换为数字信号，并对该数字信号进行数字信号处理，得到雷达探测数据；
所述视频成像模块，对视频探测器的电信号进行处理，得到视频图像数据；
所述红外成像模块，对红外阵面的电信号进行图像重建、非均匀校正及预处理，得到红外图像数据；
所述接口控制模块，向主控计算机输出雷达探测数据、视频图像数据和红外图像数据，接收主控计算机的各项指令，控制透镜系统实现红外阵面不同距离的观测；
所述制冷机，用于将毫米波雷达探测器、视频探测器和红外探测器的工作温度保持在正常范围；
所述电源分机，对外接电源进行电压转换，转换为各用电模块的工作电压，为各用电模块供电；
所述主控计算机，其用于：控制综合伺服控制器工作，通过综合伺服控制器协调控制毫米波雷达探测器和光学探测器的姿态和探测范围；接收和处理雷达探测数据、视频图像数据和红外图像数据，并输出处理结果。
所述述雷达伺服器，其控制毫米波雷达探测器的天线俯仰角，改变毫米波雷达探测器覆盖空域的高度范围。
所述毫米波雷达探测器的天线采用一维相控阵形式，俯仰向电子扫描，方位向在雷达伺服器控制下360度机械扫描。
所述毫米波雷达探测器工作在Ka波段。
所述毫米波雷达探测器的信号带宽最大值为1.25GHz，距离分辨率优于0.1m。
在工作过程中，毫米波雷达用于大范围搜索，视频探测器和红外探测器用于重点范围的搜索，以及特定目标的持续跟踪。
主控计算机一方面控制各探测器的运行状态，另一方面处理各探测器的探测信号，将处理结果反馈给操作员。
本发明工作流程如图4所示。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.光电复合低空预警探测系统，其特征在于，包括如下模块：毫米波雷达探测器、光学探测器、综合伺服控制器、数字分机、制冷机、电源分机，以及具有人机交互界面的主控计算机；
所述毫米波雷达探测器包括：雷达伺服器、天线、射频前端、信道分机；
所述天线，其由雷达伺服器承载，并在雷达伺服器驱动下运动；
所述射频前端，其固定于天线背面，随天线一起运动；所述射频前端包括：发射支路和接收支路；在发射状态，射频前端将信道分机的中频发射信号上变频到毫米波段，并传输给天线；在接收状态，射频前端将天线接收的毫米波信号下变频，传输至信道分机；
所述信道分机包括：直接数字式频率合成器、频率综合器、发射支路和接收支路；所述直接数字式频率合成器，用于产生点频信号或线性调频信号；所述频率综合器，用于产生全系统工作时钟、上下变频本振信号；所述信道分机的发射支路，将信号上变频到中频，发送给射频前端；所述信道分机的接收支路，将射频前端发送的信号下变频到低中频，传输给数字分机；
所述光学探测器包括：光学伺服器、视频探测器、红外探测器；
所述视频探测器和红外探测器，由光学伺服器承载，并在光学伺服器驱动下运动；所述视频探测器与红外探测器的探测方向共轴；
所述视频探测器，通过光电转换将光信号转化为电信号，并将电信号传输至数字分机；
所述红外探测器包括：红外阵面、透镜系统、头罩；
所述红外阵面，通过光电转换将光信号转化为电信号，并将电信号传输至数字分机；
所述透镜系统，其设于红外阵面前端，包含一组凸透镜或凹透镜，用于调整红外阵面成像焦点的位置及成像大小；
所述头罩，其包裹红外阵面和透镜系统，用于保护透镜系统与红外阵面；
所述综合伺服控制器，其用于控制雷达伺服器和光学伺服器工作，协调控制毫米波雷达探测器和光学探测器的姿态；
所述数字分机包括：雷达信号处理模块、视频成像模块、红外成像模块和接口控制模块；
所述雷达信号处理模块，将信道分机接收支路发送的低中频信号转换为数字信号，并对该数字信号进行数字信号处理，得到雷达探测数据；
所述视频成像模块，对视频探测器的电信号进行处理，得到视频图像数据；
所述红外成像模块，对红外阵面的电信号进行图像重建、非均匀校正及预处理，得到红外图像数据；
所述接口控制模块，向主控计算机输出雷达探测数据、视频图像数据和红外图像数据，接收主控计算机的各项指令，控制透镜系统实现红外阵面不同距离的观测；
所述制冷机，用于将毫米波雷达探测器、视频探测器和红外探测器的工作温度保持在正常范围；
所述电源分机，对外接电源进行电压转换，转换为各用电模块的工作电压，为各用电模块供电；
所述主控计算机，其用于：控制综合伺服控制器工作，通过综合伺服控制器协调控制毫米波雷达探测器和光学探测器的姿态和探测范围；接收和处理雷达探测数据、视频图像数据和红外图像数据，并输出处理结果。
2.根据权利要求1所述的光电复合低空预警探测系统，其特征在于，所述述雷达伺服器，其控制毫米波雷达探测器的天线俯仰角，改变毫米波雷达探测器覆盖空域的高度范围。
3.根据权利要求2所述的光电复合低空预警探测系统，其特征在于，所述毫米波雷达探测器的天线采用一维相控阵形式，俯仰向电子扫描，方位向在雷达伺服器控制下360度机械扫描。
4.根据权利要求3所述的光电复合低空预警探测系统，其特征在于，所述毫米波雷达探测器工作在Ka波段。
5.根据权利要求4所述的光电复合低空预警探测系统，其特征在于，所述毫米波雷达探测器的信号带宽最大值为1.25GHz，距离分辨率优于0.1m。
6.根据权利要求5所述的光电复合低空预警探测系统，其特征在于，在工作过程中，毫米波雷达用于大范围搜索，视频探测器和红外探测器用于重点范围的搜索，以及特定目标的持续跟踪。
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