CN105548989A - 手持式反光电观瞄及目标定位一体化装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种手持式反光电观瞄及目标定位一体化装置，在原有反光电目标探测模块仅能对迎面观瞄光电/光学目标探测基础上，对原有相位激光测距模块的光束整形器和激光回波光学接收组件做匹配设计改进，将传统圆形测距光斑设计为矩形测距光斑，实现对搜索到目标的测距；复合了全球地理定位组件和磁罗盘组件，实现对搜索到目标的定位；复合了综合信息处理模块，实现了设备本点位置信息、目标位置信息、目标相对于视场中心位置信息的解算及信息在场景图像上的OSD叠加，复合了目标位置辅助观察模块和双目OLED显示模块，实现了场景信息及目标定位定向信息的显示，从而实现对搜索到目标的定位。

Description

手持式反光电观瞄及目标定位一体化装置

技术领域

本发明属于光电对抗技术领域，具体为一种手持式反光电观瞄及目标定位一体化装置，能实现手持反光电观瞄并能对搜索到的光电观瞄具进行定位。

背景技术

反光电观瞄及目标定位一体化装置功能是探测迎面观瞄的光学仪器或光电装置的光学窗口，并能对探测到的光学窗口进行定位，是利用“猫眼效应”实现对迎面观瞄的光学仪器或光电装置进行主动探测并进行定位的装置。

目前，实现迎面光学仪器或光电装置探测的方法主要有三种：一种是法国激光工业公司(CILAS)研制的SLD500型装置，采用面阵脉冲激光主动照明，面阵CCD探测，搜索效率高，但相同探测距离下面阵探测装置重量、体积及功耗大，只适用于大型平台使用；另一种是俄罗斯“石榴石设计局”研制的反光电探测装置，采用线阵脉冲激光主动照明，线阵CCD探测，装置体积及功耗相对于面阵探测装置大大降低，逐渐适用于手持使用，但该装置采用了双光学通道设计，体积、重量仍较大，性价比不高；第三种是江苏曙光光电有限责任公司研制的狙击手探测系统，采用面阵脉冲激光主动照明，面阵CCD探测，复合了脉冲激光测距机对探测到的目标进行测距，由于探测到目标光窗孔径不超过6cm，测距机光束束散角小于1mrad，激光测距光束很难精确对准搜索到的目标，并进行准确测距，误警率高。

发明内容

针对现有技术不能对探测到目标进行准确定位的问题，本发明提出一种手持式反光电观瞄及目标定位一体化装置，能对迎面观瞄的光学仪器或光电装置的光学窗口进行探测，并能对探测到的目标进行定位。

本发明的技术方案为：

所述一种手持式反光电观瞄及目标定位一体化装置，其特征在于：包括反光电目标探测模块、目标位置辅助观察模块、光电目标定位定向模块、综合信息处理模块和显示模块；

所述反光电目标探测模块搜索目标，解算出目标相对于视场中心的偏差值，并将偏差值发送给综合信息处理模块；同时触发光电目标定位定向模块进行测距工作；

所述光电目标定位定向模块中包括相位激光测距仪、全球地理定位组件和磁罗盘组件；相位激光测距仪测量目标与本装置的距离，全球地理定位组件测量本装置的地理位置信息，磁罗盘组件测量本装置的姿态信息；光电目标定位定向模块将得到的目标与本装置的距离信息，本装置的地理位置信息，以及本装置的姿态信息发送给综合信息处理模块；

所述目标位置辅助观察模块对光电目标定位定向模块的探测场景进行不间断成像，并将场景图像实时发送给综合信息处理模块；

所述综合信息处理模块根据接收到的目标与本装置的距离信息，本装置的地理位置信息，以及本装置的姿态信息，解算出目标的地理位置信息；综合信息处理模块根据接收的目标相对于视场中心的偏差值，将目标与本装置的距离信息、本装置的地理位置信息、本装置的姿态信息、目标的地理位置信息及目标在图像上的标示符，与接收到的场景图像信息进行OSD叠加后，发送给显示模块显示。

进一步的优选方案，所述一种手持式反光电观瞄及目标定位一体化装置，其特征在于：所述相位激光测距仪包括半导体激光器、柱面镜光束整形器、相位测距模块电气组件、物镜组、分光棱镜、滤光片和探测器；

所述半导体激光器在相位测距模块电气组件调制下，向物空间发射强度呈正弦波分布的光束照明目标及场景，所述光束为经光束整形器整形后，在水平方向压缩准直，竖直方向不压缩准直的矩形光束；

物镜组接收目标及场景的反射光；物镜组的像方焦面与探测器的物方焦面构成重合焦面，分光棱镜放置在所述的重合焦面上；物镜组接收的反射光通过滤光片后聚焦在探测器上；

所述探测器输出的回波信号的相位与所述半导体激光器的发射信号的相位在所述相位测距模块电气组件中进行运算后，得到目标与本装置的距离。

进一步的优选方案，所述一种手持式反光电观瞄及目标定位一体化装置，其特征在于：所述相位激光测距仪还包括孔径光阑，孔径光阑将物镜组的视场限制为2°±0.2°。

进一步的优选方案，所述一种手持式反光电观瞄及目标定位一体化装置，其特征在于：所述目标位置辅助观察模块共用光电目标定位定向模块的物镜组和分光棱镜，还包括窄带滤光片和面阵CCD；目标及场景的反射光经物镜组聚光后透过分光棱镜，再经窄带滤光片滤除激光后，被面阵CCD接收。

进一步的优选方案，所述一种手持式反光电观瞄及目标定位一体化装置，其特征在于：在显示模块中，地理位置信息叠加在场景图像上的位置满足如下关系：

$n^{\′}=\frac{\±\frac{\mathrm{\α}}{a}\×n}{\frac{\mathrm{\β}}{b}}$

其中，n为反光电目标探测模块中，目标相对反光电目标探测模块视场中心的像素偏移量；α为反光电目标探测模块中探测器的搜索视场角，a为反光电目标探测模块中探测器的有效像元数，β为目标位置辅助观察模块中面阵CCD的竖直方向视场角，b为目标位置辅助观察模块中面阵CCD的竖直方向有效像元数。

进一步的优选方案，所述一种手持式反光电观瞄及目标定位一体化装置，其特征在于：所述显示模块为双目OLED显示模块，由两个型号相同的OLED和两个放大倍率相同的目镜组成，OLED处于目镜的焦面上。

有益效果

本发明的整体技术效果体现在：

本发明在原有反光电目标探测模块仅能对迎面观瞄光电/光学目标探测基础上，对原有相位激光测距模块的光束整形器和激光回波光学接收组件做匹配设计改进，将传统圆形测距光斑设计为矩形测距光斑，实现对搜索到目标的测距；复合了全球地理定位组件和磁罗盘组件，实现对搜索到目标的定位；复合了综合信息处理模块，实现了设备本点位置信息、目标位置信息、目标相对于视场中心位置信息的解算及信息在场景图像上的OSD叠加，复合了目标位置辅助观察模块和双目OLED显示模块，实现了场景信息及目标定位定向信息的显示，从而实现对搜索到目标的定位。

附图说明

图1是本发明反光电观瞄及目标定位一体化装置的组成示意图。

图2是图1中所示的反光电目标探测模块组成示意图。

图3是图1中所示的光电目标定位定向模块组成示意图。

图4是图1中所示的目标位置辅助观察模块组成示意图。

图5是图1中所示的双目OLED显示模块组成示意图。

图6是目标点位置计算算法示意图。

具体实施方式

下面结合附图及优选实施例对本发明作进一步说明。

根据图1所示，本发明反光电观瞄及目标定位一体化装置优选实施例包括反光电目标探测模块、目标位置辅助观察模块、光电目标定位定向模块、综合信息处理模块和显示模块。

反光电目标探测模块功能是对场景中的光学仪器或光电装置进行搜索探测；目标位置辅助观察模块功能是对反光电目标探测模块照明场景区域进行光电成像；光电目标定位定向模块功能是对设备本点位置进行定位，并对搜索到的光电目标进行定位；综合信息处理模块功能是对光电目标定位模块给出的相对于视场中心的位置信息、光电目标定位定向模块给出的设备本点位置及姿态信息进行解算，并对给出的各种信息在目标位置辅助观察模块给出的视频图像信息上进行OSD叠加；显示模块功能是对综合信息处理模块经OSD叠加的视频信息进行显示并供人眼观察。

显示模块优选双目OLED显示模块，由两个型号相同的OLED和两个放大倍率相同的目镜组成，OLED显示组件选用昆明奥雷德公司研制的SVGA050型显示组件，目镜选用昆明全波红外科技有限公司研制的V018E目镜，OLED显示器放置在V018E目镜焦面上，被目镜放大后供人眼观察。

本实施例中反光电目标探测模块选用兵器工业第二〇五研究所研制的反光电观瞄装置中的激光发射模块与激光接收模块，反光电观瞄装置的公开号为CN103777193B，其组成如图2所示，该模块在线阵探测器竖直方向上能给出目标相对于视场中心的位置，本实施例中线阵探测器有效像元数960个，搜索视场5°，视场中心第n个像元(n≤480)相对于视场中心偏差角δ(上半视场取正，下半视场取负)满足如下关系：

所述反光电目标探测模块搜索到目标后，通过端口①触发光电目标定位定向模块实现对目标定位定向，并通过端口②向综合信息处理模块发送目标相对反光电目标探测模块视场中心的像素偏移量n。

所述光电目标定位定向模块中包括相位激光测距仪、全球地理定位组件和磁罗盘组件；相位激光测距仪测量目标与本装置的距离，全球地理定位组件测量本装置的地理位置信息，磁罗盘组件测量本装置的姿态信息；光电目标定位定向模块将得到的目标与本装置的距离值通过端口③送至所述综合信息处理模块，将本装置的地理位置信息实时通过端口④送至所述综合信息处理模块，将本装置的姿态信息实时通过端口⑤送至所述综合信息处理模块。

本实施例中全球地理定位组件选用Fastrax公司生产的UP501型GPS，磁罗盘组件选用深圳市铭之光电子技术有限公司销售的TCM5型磁罗盘。

如图3所示，本实施例中相位激光测距仪包括半导体激光器、柱面镜光束整形器、相位测距模块电气组件、物镜组、分光棱镜、滤光片和探测器。

半导体激光器选用中国Thorlabs公司销售的L915P1WJ型激光器，该激光器竖直方向束散角3°，水平方向束散角28°，柱面镜选用中国Thorlabs公司销售的LJ1918L1型柱面镜，半导体激光器放置在柱面镜光束整形器焦面上，相位测距模块电气组件选用苏州海星达公司研制的ATS-320全站仪中的相位测距模块电气组件。所述半导体激光器在相位测距模块电气组件调制下，向物空间发射强度呈正弦波分布的光束照明目标及场景，所述光束为经光束整形器整形后，在水平方向压缩准直，竖直方向不压缩准直的矩形光束，得到竖直方向束散角3°，水平方向束散角1.5mrad。

物镜组为单透镜，口径35mm，视场6°，焦距140mm，分光棱镜为立方分光棱镜，分光棱镜的分光面上镀有波长915nm，半带宽10nm的反射膜。物镜组接收目标及场景的反射光；物镜组的像方焦面与探测器的物方焦面构成重合焦面，分光棱镜放置在所述的重合焦面上；回波激光经物镜组聚焦后照射在分光棱镜上，其接收到的915nm波段激光被向上反射，经915nm±5nm滤光片滤光后，被APD探测器接收，APD探测器输出的回波信号的相位与半导体激光器的发射信号的相位在相位测距模块电气组件中进行比较或运算后，得到目标与本装置的距离值。本实施例中滤光片选用中国Thorlabs公司销售的FB910-10带通滤光片，APD选用Excelitas公司生产的C30927EH-02型APD。

进一步的，本实施例中相位激光测距仪还包括孔径光阑，孔径光阑选用中国Thorlabs公司销售的SM3D50可变孔径光阑，孔径光阑将物镜组的视场限制为2°±0.2°。即回波激光经物镜组聚焦后照射在分光棱镜上，其接收到的915nm波段激光被向上反射，经孔径光阑将视场限制为2°±0.2°后，再经915nm±5nm滤光片滤光，被APD探测器接收。这里对物镜组的视场进行了限制，是因为申请人经过大量次数的试验，发现若孔径光阑限制视场大于2.2°，则APD探测器接收到的目标与背景反射光的信噪比将小于10，光电目标定位定向模块输出的距离值有可能不为设备与目标间的距离值，若孔径光阑限制视场小于1.8°，则会影响对搜索到目标的搜索效率。

所述目标位置辅助观察模块共用光电目标定位定向模块的物镜组和分光棱镜，还包括窄带滤光片和面阵CCD；目标及场景的反射光经物镜组聚光后透过分光棱镜，再经窄带滤光片滤除激光后，被面阵CCD接收。面阵CCD选用台湾敏通公司生产的MTV-53WW100型CCD，竖直方向有效像元数576个，单像元瞬时视场所述目标位置辅助观察模块对光电目标定位定向模块的探测场景进行不间断成像，并将场景图像实时发送给综合信息处理模块。

所述综合信息处理模块根据接收到的目标与本装置的距离，本装置的地理位置信息，以及本装置的姿态信息，解算出目标的地理位置信息；综合信息处理模块生成目标位置标示符，并根据接收的目标相对于视场中心的偏差值，将目标与本装置的距离信息、本装置的地理位置信息、本装置的姿态信息、目标的地理位置信息及目标在图像上的标示符，与接收到的场景图像信息进行OSD叠加后，发送给显示模块显示。

综合信息处理模块选用西安航辰科技有限公司研制的HC-DM3730-60100-D1电路板，该电路板有8路数据输入串口，两路视频输入口，两路SVGA输出口，可对图像界面进行编程，可置入算法对输入的数据进行计算，目标点位置计算满足如下关系：

h₁＝h₀+l·tgβ

j₁＝j₀+l·sin(α)/x

w₁＝w₀+l·cos(α)/y

上式中：(j₀,w₀,h₀)为设备所在点的经度、纬度和高度坐标，(j₁,w₁,h₁)为目标所在点的经度、纬度和高度坐标，其中经度和纬度的单位都为度，高度单位为米，l为相位激光测距机测定的设备到目标点之间的距离，α为磁罗盘测定的相对于北向的航向角，β为磁罗盘测定的相对于水平方向测定的俯仰角，x＝91.83公里，为设备在该经度处距离公里到度的转换值，如西安地区一度代表91.83公里，y＝110.94公里，为设备在该纬度处距离公里到度的转换值。

综合信息处理模块可在显示模块中，对反光电目标探测模块给出的目标相对于视场中心的位置进行地理位置信息叠加标识，其在场景及目标图像上的标识满足如下关系：

$n^{\′}=\frac{\±\frac{\mathrm{\α}}{a}\×n}{\frac{\mathrm{\β}}{b}}$

其中，n为反光电目标探测模块中，目标相对反光电目标探测模块视场中心的像素偏移量；α为反光电目标探测模块中探测器的搜索视场角，a为反光电目标探测模块中探测器的有效像元数，β为目标位置辅助观察模块中面阵CCD的竖直方向视场角，b为目标位置辅助观察模块中面阵CCD的竖直方向有效像元数。

对应本实施例即为n′取整，若n′为正值，则在显示模块视场中心上方第n′个像元上做字符标识，若n′为负值，则在显示模块视场中心下方第n′个像元上做字符标识。

Claims (6)

1.一种手持式反光电观瞄及目标定位一体化装置，其特征在于：包括反光电目标探测模块、目标位置辅助观察模块、光电目标定位定向模块、综合信息处理模块和显示模块；

所述反光电目标探测模块搜索目标，解算出目标相对于视场中心的偏差值，并将偏差值发送给综合信息处理模块；同时触发光电目标定位定向模块进行测距工作；

所述光电目标定位定向模块中包括相位激光测距仪、全球地理定位组件和磁罗盘组件；相位激光测距仪测量目标与本装置的距离，全球地理定位组件测量本装置的地理位置信息，磁罗盘组件测量本装置的姿态信息；光电目标定位定向模块将得到的目标与本装置的距离，本装置的地理位置信息，以及本装置的姿态信息发送给综合信息处理模块；

所述目标位置辅助观察模块对光电目标定位定向模块的探测场景进行不间断成像，并将场景图像实时发送给综合信息处理模块；

所述综合信息处理模块根据接收到的目标与本装置的距离，本装置的地理位置信息，以及本装置的姿态信息，解算出目标的地理位置信息；综合信息处理模块根据接收的目标相对于视场中心的偏差值，将目标与本装置的距离信息、本装置的地理位置信息、本装置的姿态信息、目标的地理位置信息及目标在图像上的标示符，与接收到的场景图像信息进行OSD叠加后，发送给显示模块显示。

2.根据权利要求1所述一种手持式反光电观瞄及目标定位一体化装置，其特征在于：所述相位激光测距仪包括半导体激光器、柱面镜光束整形器、相位测距模块电气组件、物镜组、分光棱镜、滤光片和探测器；

所述半导体激光器在相位测距模块电气组件调制下，向物空间发射强度呈正弦波分布的光束照明目标及场景，所述光束为经光束整形器整形后，在水平方向压缩准直，竖直方向不压缩准直的矩形光束；

物镜组接收目标及场景的反射光；物镜组的像方焦面与探测器的物方焦面构成重合焦面，分光棱镜放置在所述的重合焦面上；物镜组接收的反射光通过滤光片后聚焦在探测器上；

所述探测器输出的回波信号的相位与所述半导体激光器的发射信号的相位在所述相位测距模块电气组件中进行运算后，得到目标与本装置的距离。

3.根据权利要求2所述一种手持式反光电观瞄及目标定位一体化装置，其特征在于：所述相位激光测距仪还包括孔径光阑，孔径光阑将物镜组的视场限制为2°±0.2°。

4.根据权利要求3所述一种手持式反光电观瞄及目标定位一体化装置，其特征在于：所述目标位置辅助观察模块共用光电目标定位定向模块的物镜组和分光棱镜，还包括窄带滤光片和面阵CCD；目标及场景的反射光经物镜组聚光后透过分光棱镜，再经窄带滤光片滤除激光后，被面阵CCD接收。

5.根据权利要求4所述一种手持式反光电观瞄及目标定位一体化装置，其特征在于：在显示模块中，地理位置信息叠加在场景图像上的位置满足如下关系：

$n^{\′}=\frac{\±\frac{\mathrm{\α}}{a}\×n}{\frac{\mathrm{\β}}{b}}$

其中，n为反光电目标探测模块中，目标相对反光电目标探测模块视场中心的像素偏移量；α为反光电目标探测模块中探测器的搜索视场角，a为反光电目标探测模块中探测器的有效像元数，β为目标位置辅助观察模块中面阵CCD的竖直方向视场角，b为目标位置辅助观察模块中面阵CCD的竖直方向有效像元数。

6.根据权利要求1或5所述一种手持式反光电观瞄及目标定位一体化装置，其特征在于：所述显示模块为双目OLED显示模块，由两个型号相同的OLED和两个放大倍率相同的目镜组成，OLED处于目镜的焦面上。