CN108008661A - 一种船只光电水炮一体化控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种船只光电水炮一体化控制系统，包括光电系统、控制计算机、人机计算机、水炮以及外设五部分；光电跟踪系统用于获得船只目标的双通道图像信息和距离信息；控制计算机的主要是根据光电提供的目标方位，俯仰信息，以及人机计算机的指令和控制值，进行滤波和火控解算输出水炮的方位和俯仰控制指令；人机计算机主要接收控制计算机处理的各个数据以及向控制计算机输入控制指令；水炮控制系统每个周期上报一次状态信息和故障信息，控制计算机每个周期发送一次控制指令；外设主要用于控制计算机上对操作界面进行配置。本发明可实现船只目标的实时运动跟踪，不受电磁干扰，精确获得目标的角位置及距离信息，指导水炮进行有效射击。
Description
技术领域
本发明属于舰船水炮自动控制领域，涉及一种船只光电水炮一体化控制系统 及方法。
背景技术
随着海上争端的日益加剧，迫切需要一种能够压制敌方海上船只，避免引发 火力冲突的装备。光电水炮一体化控制系统就是一种有效的装备，能够朝敌方舰 艇或者海盗船发射大量水，阻止其接近或者对其压制、迫使其改变航向。
现有的光电水炮系统在目标跟踪方面，没有完全的考虑自身船体晃动等外界 环境因素，射击诸元默认在稳定情况下计算，从而在确认目标方面存在一定的误 差，这就对操作人员的操作水平提出了更高的要求。其次在目标识别方面，单一 视频传感器由于成像原理的限制，难以有效处理场景环境变化影响，目标实时跟 踪性能差。
因此，需要一种新的光电水炮一体化控制系统以解决上述问题。
发明内容
本发明针对现有技术的缺陷，提供一种船只光电水炮一体化控制系统。
为解决上述技术问题，本发明的船只光电水炮一体化控制系统所采用的技术 方案为：
一种船只光电水炮一体化控制系统，包括光电系统，所述光电系统包括红外 相机、可见光相机和激光测距仪，所述红外相机和可见光相机用于获得海上船只 目标的双通道图像信息，所述双通道图像信息包括可见光图像和红外图像；激光 测距仪用于获取海上船只目标的距离信息。
更进一步的，还包括控制计算机和人机计算机，所述红外相机、可见光相机 和激光测距仪均设置在所述光电系统上，所述光电系统还包括光电指示器，所述 光电系统实时输出所述光电指向器的方位和俯仰信息；所述人机计算机用于监控 显示界面，并接收控制计算机处理的数据和控制指令；所述控制计算机根据所述 光电系统提供的方位和俯仰信息，以及所述人机计算机的指令和控制值，进行滤 波和解算输出水炮的方位和俯仰控制指令。
有益效果：本发明的船只光电水炮一体化控制系统采用被动式光电传感器探 测目标，本身无电磁波发射，具有良好的隐蔽性；同时采用红外相机、可见光相 机还方便实现录像取证功能，能够对执法过程全程记录保存，为有效解决冲突与 还原事实真相提供了有力依据。
本发明还公开了一种船只光电水炮一体化控制方法，采用如上所述的船只光 电水炮一体化控制系统，包括以下步骤：
步骤1、通过光电系统搜索获取海上船只目标的双通道图像和距离，所述双 通道图像包括可见光图像和红外图像，利用可见光图像的目标颜色特征和红外图 像的目标轮廓特征，进行目标检测与识别；
步骤2、对海上船只目标信息进行甲板直角坐标系到大地坐标系的转换，然 后对海上船只目标进行目标建模；
步骤3、利用所述控制计算机控制水炮随动于所述光电系统；
步骤4、锁定目标后，对海上船只目标命中点信息进行大地坐标系到甲板直 角坐标系的转换，然后计算射击诸元；
步骤5、当水炮跟踪到位后，控制水炮射击。
更进一步的，步骤4中对海上船只目标命中点信息进行大地坐标系到甲板直 角坐标系的转换公式为：
式中，
为纵摇角，θ为横摇角，ψ为航向角，M、N和H为大地坐标系中坐标，X、 Y和Z为甲板直角坐标系中坐标。
更进一步的，步骤2中对海上船只目标信息进行甲板直角坐标系到大地坐标 系的转换公式为：
式中，
为纵摇角，θ为横摇角，ψ为航向角，M、N和H为大地坐标系中坐标，X、 Y和Z为甲板直角坐标系中坐标。
有益效果：本发明的船只光电水炮一体化控制方法简单方便，效率较高，在 光电锁定好目标的情况下，水炮自主射击，速度快，定位准。
附图说明
图1是本发明的某型船只光电水炮一体化控制系统设计框图；
图2是本发明的系统控制流程框图；
图3是本发明的综合控制软件功能模块组成图；
图4是本发明的具体的硬件方案配置图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于 说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员 对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
结合图1、图2、图3和图4所示，本发明的船只光电水炮一体化控制系统， 包括光电系统、控制计算机、人机计算机、水炮控制系统和外设；
所述光电跟踪系统通过千兆以太网和控制计算机通信，主要传递海上船只目 标的双通道图像信息，海上船只目标的距离信息以及光电系统状态故障信息；
所述控制计算机是整个系统的控制核心。控制着整个系统的通信节拍和数据 处理中转。由于本系统对实时性要求较高，控制计算机操纵系统采用VXworks 并设有多个接口与系统各部分通讯。
所述人机计算机为主要监控显示界面，60ms刷新界面显示，可以动态显示 控制系统工作状态、目标信息和进行参数设置；
所述水炮控制系统在每个周期上报一次状态信息，控制计算机通过串口每个 周期发送一次控制指令，该指令含有水炮的架位信息和控制水炮发射的信息，水 炮接收到指令后反馈水炮当前架位信息；
所述外设中的操纵杆与控制计算机采用RS232通信。在光电系统给出目标 锁定信号的状态下，才能输出方位和俯仰的控制速度信息对水炮进行微调。但是 控制水炮发射的功能不受以上限制，可以随时射击和关闭。鼠标和键盘采用整体 的设计，主要用于控制计算机上对操作界面进行配置。
结合图2，本发明提供的某型吨光电水炮一体化控制系统的控制方法，包括 以下步骤：
步骤1、通过光电搜索获取海上船只目标的双通道图像信息和距离信息，利 用可见光图像的目标颜色特征和红外图像的目标轮廓特征，进行目标检测与识 别；
步骤2、对海上船只目标进行目标建模前对目标信息进行甲板直角坐标系到 大地坐标系的转换；
步骤3、水炮随动控制系统自动跟随光电；
步骤4、锁定目标后，计算射击诸元前对目标命中点信息进行大地坐标系到 甲板直角坐标系的转换；
步骤5、水炮跟踪到位后，操纵杆微调控制水炮射击。
结合图3，综合控制软件是运行在电子机箱单元中综合控制计算机上的软 件。主要完成综合信息处理和显示、人机对话、数据通讯功能。软件对应分为信 息显示处理模块、人机对话模块、数据通讯模块。
进一步的，各模块由不同子模块组成。其中，数据通讯模块负责网络或串口 设备的通讯工作，由网络通讯子模块和串口通讯子模块构成；综合信息处理显示 包括5个子模块，分别为模块接收态势信息模块、导航信息模块、光电取证目指 信息模块、执法设备状态信息以及视频监控画面，进行综合显示。
进一步的，如图4所示，软件综合显示界面方案具体分为：
软件界面单独开一线程，60ms刷新数据，实时显示。
界面左上部分为目标指示显示栏，分别显示报文批号、方位、目标距离、航 向、速度等。
界面右上部分为光电信息栏，该部分显示和光电相关的各类信息，包括控制 值和反馈值两个部分，控制值为人机计算机、控制计算机和光电操纵杆的控制数 据；反馈值为水炮和光电的各种状态信息。
界面右中部分为系统各部分的工作状态以及水炮架位信息。
界面右下部分为人机参数设置，包括系统状态参数和水炮射击补偿值等参 数。
结合图4，录像取证部分的工作流程为：
光电设备视屏图像与控制计算机的视频采集卡采用DVI接口，液晶显示屏 根据工作模式的不同，自动切换视窗的大小，控制信号采用422接口。
硬盘录像机单独工作，不受其他设备的控制，与光电设备的视屏图像采用 BNC接口，在需要进行视屏回放的时候，首先将液晶显示屏切换到VGA输入， 硬盘录像机外接一个鼠标，对硬盘录像机的回放菜单进行操作，选择回放时间等。
实施例1：
对光电水炮一体化控制系统进行一次完整控制流程如下：
(1)系统各部分上电。
(2)通过人机交互界面观察系统各部分是否正常，排除故障，通信和数据 采集在后台自动进行。
(3)通过操纵杆人工或自动引导(左键、右键、力敏键)，使能光电伺服系 统，使目标进入跟踪视窗，按下锁定键使得目标锁定跟踪。
(4)在跟瞄系统锁定目标后，按下激光测距按钮，接收测距信息，调节聚 焦控制系统，将激光焦点聚集在目标的某一个部位。
(5)指挥控制台依据态势信息给出辅助决策，操作手依据人机交互界面辅 助信息，在水炮跟踪到位后，操纵杆微调控制水炮射击，控制台给出效果评估。
(6)光电水炮系统归零位。
(7)关水炮，关光电，关人机，关控制机电源，关操控台。
(8)关发电机组。
Claims (5)
1.一种船只光电水炮一体化控制系统，其特征在于：包括光电系统，所述光电系统包括红外相机、可见光相机和激光测距仪，所述红外相机和可见光相机用于获得海上船只目标的双通道图像信息，所述双通道图像信息包括可见光图像和红外图像；激光测距仪用于获取海上船只目标的距离信息。
2.如权利要求1所述的船只光电水炮一体化控制系统，其特征在于：还包括控制计算机和人机计算机，所述红外相机、可见光相机和激光测距仪均设置在所述光电系统上，所述光电系统还包括光电指示器，所述光电系统实时输出所述光电指向器的方位和俯仰信息；所述人机计算机用于监控显示界面，并接收控制计算机处理的数据和控制指令；所述控制计算机根据所述光电系统提供的方位和俯仰信息，以及所述人机计算机的指令和控制值，进行滤波和解算输出水炮的方位和俯仰控制指令。
3.一种船只光电水炮一体化控制方法，其特征在于：采用如权利要求1或2所述的船只光电水炮一体化控制系统，包括以下步骤：
步骤1、通过光电系统搜索获取海上船只目标的双通道图像和距离，所述双通道图像包括可见光图像和红外图像，利用可见光图像的目标颜色特征和红外图像的目标轮廓特征，进行目标检测与识别；
步骤2、对海上船只目标信息进行甲板直角坐标系到大地坐标系的转换，然后对海上船只目标进行目标建模；
步骤3、利用所述控制计算机控制水炮随动于所述光电系统；
步骤4、锁定目标后，对海上船只目标命中点信息进行大地坐标系到甲板直角坐标系的转换，然后计算射击诸元；
步骤5、当水炮跟踪到位后，控制水炮射击。
4.如权利要求3所述的船只光电水炮一体化控制方法，其特征在于：步骤4中对海上船只目标命中点信息进行大地坐标系到甲板直角坐标系的转换公式为：
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式中，
为纵摇角，θ为横摇角，ψ为航向角，M、N和H为大地坐标系中坐标，X、Y和Z为甲板直角坐标系中坐标。
5.如权利要求3所述的船只光电水炮一体化控制方法，其特征在于：步骤2中对海上船只目标信息进行甲板直角坐标系到大地坐标系的转换公式为：
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为纵摇角，θ为横摇角，ψ为航向角，M、N和H为大地坐标系中坐标，X、Y和Z为甲板直角坐标系中坐标。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180508 |