CN105259929A - 一种自动跟踪观瞄系统及其实现自动跟踪观瞄的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动跟踪观瞄系统及其实现自动跟踪观瞄的方法，观瞄系统包括操控终端和光电观瞄装置，所述的光电观瞄装置包括机架、观瞄系统、伺服系统和图像处理单元（7），观瞄系统设置在机架的顶部，伺服系统分设在观瞄系统的底部和左右两侧，图像处理单元（7）设置在机架的下部。本发明采用由图像处理单元完成对目标的自动识别、跟踪,保证中心十字线始终瞄准目标，激光的针状光波束能覆盖目标，增加了激光回波率。减小了人工手动跟踪的难度，提高了操作性，同时避免因激光无回波时盲目外推时间过长而导致的跟踪过程中断，减小了因重新建航而付出的时间开销。提高了系统的反应时间，保障了系统的毁伤效能。

Description

一种自动跟踪观瞄系统及其实现自动跟踪观瞄的方法

技术领域

本发明涉及一种自动跟踪观瞄系统及其实现自动跟踪观瞄的方法。

背景技术

跟踪观瞄系统是对目标瞄准、跟踪，并输出目标的诸元信息的装置，目前使用的观瞄系统主要采用手动操作的方式对目标进行瞄准、跟踪，受到人为因素的影响，激光回波率低，航迹难以建立、保持，影响目标诸元的输出，从而不能精确地估计目标未来点。影响系统的反应时间及射击精度。如何有效地保证激光回波率，保持目标航迹，稳定输出目标诸元，精确预测目标未来点，成为新的观瞄系统需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种自动跟踪观瞄系统及其实现自动跟踪观瞄的方法，该系统操作简单，自动瞄准、跟踪，稳定输出目标诸元，并精确预测目标未来点,提高射击效能。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种自动跟踪观瞄系统，它包括操控终端和光电观瞄装置，所述的光电观瞄装置包括机架、观瞄系统、伺服系统和图像处理单元，观瞄系统设置在机架的顶部，伺服系统分设在观瞄系统的底部和左右两侧，图像处理单元设置在机架的下部；所述的观瞄系统包括设置在观瞄区域内的CCD、激光发射机和激光接收机；所述的伺服系统包括高低轴、方位轴、高低伺服机构和方位伺服机构，高低轴和高低伺服机构分别设置在观瞄系统的两侧，方位轴和方位伺服机构设置在观瞄系统的底部；

所述的操控终端包括内部控制计算机和外部机壳，所述的机壳上设置有通讯端口，机壳前面板上设置有显示屏，显示屏下部设置有激光发射开关、操纵杆和锁定按钮。

所述的伺服系统还包括设置在机架底部的高低驱动器和方位驱动器。

所述的高低伺服机构和方位伺服机构均采用同轴驱动方式，高低伺服机构包括高低力矩电机和高低编码器，高低力矩电机、高低编码器通过高低轴串接在一起，高低驱动器与高低编码器及高低力矩电机通过电缆连接；所述的方位伺服机构包括方位力矩电机和方位编码器，方位驱动器与方位编码器及方位力矩电机通过电缆连接，方位力矩电机、方位编码器通过方位轴串接在一起。

所述的机壳上还设置有工作指示灯、CCD调焦+和CCD调焦-；所述的显示屏上固定显示有跟踪波门和中心十字线。

所述的CCD为标清白光CCD。

所述的图像处理单元内置包括质心、相关、边缘、多目标、移动目标检测、相位相关和场景锁定的多种捕获算法。

自动跟踪观瞄方法，它包括如下步骤：

S1：操作员操控操纵杆带动光电瞄准装置运动，使CCD搜索到特征目标并按下锁定按钮；

S2：CCD将目标图像信号输出到图像处理单元进行处理，对目标进行识别、锁定，输出脱靶量至控制计算机；

S3：控制计算机接收光电瞄准装置方位编码器、高低编码器角度信息，融合脱靶量，输出目标位置给光电瞄准装置伺服系统中方位驱动器、高低驱动器，带动方位、高低伺服机构运转跟踪目标，使中心十字线始终瞄准目标；

S4：在激光束覆盖范围内控制计算机向激光测距机发送指令，激光测距机通过激光发射机发送激光，激光接收机收到激光经目标反射的回波后测得目标距离，由控制计算机解算出目标未来点通过通讯端口发送给中央信息处理系统。

所述的图像信号采用差分信号进行传输。

所述的激光发射机发射分为手动和自动两个方式，手动方式为操作员根据跟踪情况按下激光测距开关，发射激光；自动方式为图像处理单元自动识别目标并输出脱靶量带动伺服机构跟踪目标，控制计算机判断脱靶量是否小于激光束覆盖范围，脱靶量是小于激光束覆盖范围时自动发射激光。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种自动跟踪观瞄系统及其实现自动跟踪观瞄的方法，采用由图像处理单元完成对目标的自动识别、跟踪,保证中心十字线始终瞄准目标，激光的针状光波束能覆盖目标，增加了激光回波率。减小了人工手动跟踪的难度，提高了操作性，同时避免因激光无回波时盲目外推时间过长而导致的跟踪过程中断，减小了因重新建航而付出的时间开销。提高了系统的反应时间，保障了系统的毁伤效能。

本发明应用范围广，适用于多种型号的反恐武器系统使用。根据武器型号修正弹道表即可，同时可用于重要场馆的防卫监控系统。

附图说明

图1为光电瞄准装置外形结构构造示意图；

图2为操控终端的外形结构构造示意图；

图3为系统工作原理框图；

图4为伺服控制框图；

图中，1-CCD，2-激光接收机，3-激光发射机，4-高低轴，5-高低力矩电机，6-高低编码器，7-图像处理单元，8-方位轴，9-方位力矩电机，10-方位编码器，11-高低驱动器，12-方位驱动器，13-通讯端口，14-显示屏，15-跟踪波门，16-中心十字线，17-机壳，18-工作指示灯，19-CCD调焦+，20-CCD调焦-，21-激光发射开关，22-操纵杆，23-锁定按钮。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1和图2所示，一种自动跟踪观瞄系统，它包括操控终端和光电观瞄装置，所述的光电观瞄装置包括机架、观瞄系统、位置驱动部和图像处理单元7，观瞄系统设置在机架的顶部，伺服系统分设在观瞄系统的底部和左右两侧，图像处理单元7设置在机架的下部；所述的观瞄系统包括设置在观瞄区域内的CCD1、激光发射机3和激光接收机2；所述的伺服系统包括高低轴4、方位轴8、高低伺服机构和方位伺服机构，高低轴4和高低伺服机构分别设置在观瞄系统的两侧，方位轴8和方位伺服机构设置在观瞄系统的底部；

所述的操控终端包括内部控制计算机和外部机壳17，所述的机壳17上设置有通讯端口13，机壳17前面板上设置有显示屏14，显示屏14下部设置有激光发射开关21、操纵杆22和锁定按钮23。

所述的伺服系统还包括设置在机架底部的高低驱动器11和方位驱动器12。

所述的高低伺服机构和方位伺服机构均采用同轴驱动方式，高低伺服机构包括高低力矩电机5和高低编码器6，高低力矩电机5、高低编码器6通过高低轴4串接在一起，高低驱动器11与高低编码器6及高低力矩电机5通过电缆连接；所述的方位伺服机构包括方位力矩电机9和方位编码器10，方位驱动器12与方位编码器10及方位力矩电机9通过电缆连接，方位力矩电机9、方位编码器10通过方位轴8串接在一起。

所述的机壳17上还设置有工作指示灯18、CCD调焦+19和CCD调焦-20；所述的显示屏14上固定显示有跟踪波门15和中心十字线16。

所述的CCD1为标清白光CCD。

所述的图像处理单元7内置包括质心、相关、边缘、多目标、移动目标检测、相位相关和场景锁定的多种捕获算法，根据目标及场景特性进行针对性设定，对目标进行自动识别并输出目标脱靶量。图像处理单元7的电路板上设置有视频输入口、视频输出口和脱靶量输出口，白光CCD1视频信号通过视频输入口输入至图像处理单元7，经过信号转换成差分信号输出至视频输出口，差分视频信号通过电缆传输至操控终端转换成标准PAL信号输出入显示屏14。脱靶量输出口同时作为图像处理单元设置接口，根据目标及场景特性，控制计算机通过指令设置图像处理单元7内置的质心、相关、边缘、多目标、移动目标检测、相位相关、场景锁定等算法，更好地识别，锁定特征目标，提高系统的稳定性。

自动跟踪观瞄方法，它包括如下步骤：

S1：操作员操控操纵杆22带动光电瞄准装置运动，使CCD1搜索到特征目标并按下锁定按钮23；

S2：CCD1将目标图像信号输出到图像处理单元7进行处理，对目标进行识别、锁定，输出脱靶量至控制计算机；

S3：控制计算机接收光电瞄准装置方位编码器10、高低编码器6角度信息，融合脱靶量，输出目标位置给光电瞄准装置伺服系统中方位驱动器12、高低驱动器11，带动方位、高低伺服机构运转跟踪目标，使中心十字线16始终瞄准目标；

S4：在激光束覆盖范围内控制计算机向激光测距机发送指令，激光测距机通过激光发射机3发送激光，激光接收机2收到激光经目标反射的回波后测得目标距离，由控制计算机解算出目标未来点通过通讯端口13发送给中央信息处理系统。

如图3和图4所示，白光CCD1将目标的图像信息输入到图像处理单元7，经过多种算法识别出特征目标，并将图像及捕获框的复合视频输出到显示屏14上进行显示，操作手确认目标后，按下锁定接扭23，图像处理单元7输出目标脱靶量至控制计算机，控制计算机将脱靶量转换成控制信号输入到高低驱动器11和方位驱动器12，高低驱动器11将信号放大驱动高低力矩电机5旋转，带动高低轴4转动；方位驱动器12将信号放大驱动方位力矩电机9旋转，带动方位轴8转动。白光CCD1、激光发射机3及激光接收机2安装在伺服机构上，控制计算机根据高低轴4上的高低编码器6及方位轴8上的方位编码器10的实时反馈位置闭环，使目标图像始终与中心十字线16重合。操作手可根据情况按下激光测距按钮21，控制计算机发送激光发射命令，激光发射机3发射激光波束，激光接收机2接收经目标反射回来的激光波束后得到目标距离。准确地测得目标的现在点坐标Z（D、ε、β）。根据系统的弹道表，解算出目标射击诸元，通过通讯端口13发送数据至中央信息处理系统，分配目标给发射装置指向目标未来点，达到观瞄系统功能要求。

所述的图像信号采用差分信号进行传输。

所述的激光发射机3发射分为手动和自动两个方式，手动方式为操作员根据跟踪情况按下激光测距开关21，发射激光；自动方式为图像处理单元7自动识别目标并输出脱靶量带动伺服机构跟踪目标，控制计算机判断脱靶量是否小于激光束覆盖范围，脱靶量是小于激光束覆盖范围时自动发射激光。通常在不能识别特征目标时，操作员操纵操纵杆22带动光电瞄准装置跟踪目标，按下激光发射按钮21获得目标距离，操作员手动按下激光发射按钮21后，系统控制制度降级为手动模式。

Claims (9)

1.一种自动跟踪观瞄系统，其特征在于：它包括操控终端和光电观瞄装置，所述的光电观瞄装置包括机架、观瞄系统、伺服系统和图像处理单元（7），观瞄系统设置在机架的顶部，伺服系统分设在观瞄系统的底部和左右两侧，图像处理单元（7）设置在机架的下部；所述的观瞄系统包括设置在观瞄区域内的CCD（1）、激光发射机（3）和激光接收机（2）；所述的伺服系统包括高低轴（4）、方位轴（8）、高低伺服机构和方位伺服机构，高低轴（4）和高低伺服机构分别设置在观瞄系统的两侧，方位轴（8）和方位伺服机构设置在观瞄系统的底部；

所述的操控终端包括内部控制计算机和外部机壳（17），所述的机壳（17）上设置有通讯端口（13），机壳（17）前面板上设置有显示屏（14），显示屏（14）下部设置有激光发射开关（21）、操纵杆（22）和锁定按钮（23）。

2.根据权利要求1所述的一种自动跟踪观瞄系统，其特征在于：所述的伺服系统还包括设置在机架底部的高低驱动器（11）和方位驱动器（12）。

3.根据权利要求2所述的一种自动跟踪观瞄系统，其特征在于：所述的高低伺服机构和方位伺服机构均采用同轴驱动方式，高低伺服机构包括高低力矩电机（5）和高低编码器（6），高低力矩电机（5）、高低编码器（6）通过高低轴（4）串接在一起，高低驱动器（11）与高低编码器（6）及高低力矩电机（5）通过电缆连接；所述的方位伺服机构包括方位力矩电机（9）和方位编码器（10），方位驱动器（12）与方位编码器（10）及方位力矩电机（9）通过电缆连接，方位力矩电机（9）、方位编码器（10）通过方位轴（8）串接在一起。

4.根据权利要求1所述的一种自动跟踪观瞄系统，其特征在于：所述的机壳（17）上还设置有工作指示灯（18）、CCD调焦+（19）和CCD调焦-（20）；所述的显示屏（14）上固定显示有跟踪波门（15）和中心十字线（16）。

5.根据权利要求1所述的一种自动跟踪观瞄系统，其特征在于：所述的CCD（1）为标清白光CCD。

6.根据权利要求1所述的一种自动跟踪观瞄系统，其特征在于：所述的图像处理单元（7）内置包括质心、相关、边缘、多目标、移动目标检测、相位相关和场景锁定的多种捕获算法。

7.如权利要求1-6中任意一项所述的自动跟踪观瞄系统实现自动跟踪观瞄的方法，其特征在于：它包括如下步骤：

S1：操作员操控操纵杆（22）带动光电瞄准装置运动，使CCD（1）搜索到特征目标并按下锁定按钮（23）；

S2：CCD（1）将目标图像信号输出到图像处理单元（7）进行处理，对目标进行识别、锁定，输出脱靶量至控制计算机；

S3：控制计算机接收光电瞄准装置方位编码器（10）、高低编码器（6）角度信息，融合脱靶量，输出目标位置给光电瞄准装置伺服系统中方位驱动器（12）、高低驱动器（11），带动方位、高低伺服机构运转跟踪目标，使中心十字线（16）始终瞄准目标；

S4：在激光束覆盖范围内控制计算机向激光测距机发送指令，激光测距机通过激光发射机（3）发送激光，激光接收机（2）收到激光经目标反射的回波后测得目标距离，由控制计算机解算出目标未来点通过通讯端口（13）发送给中央信息处理系统。

8.根据权利要求7所述的自动跟踪观瞄的方法，其特征在于：所述的图像信号采用差分信号进行传输。

9.根据权利要求7所述的自动跟踪观瞄的方法，其特征在于：所述的激光发射机（3）发射分为手动和自动两个方式，手动方式为操作员根据跟踪情况按下激光测距开关（21），发射激光；自动方式为图像处理单元（7）自动识别目标并输出脱靶量带动伺服机构跟踪目标，控制计算机判断脱靶量是否小于激光束覆盖范围，脱靶量是小于激光束覆盖范围时自动发射激光。