CN108037501B - 一种能获取目标俯仰向角度的区域警戒雷达系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种能获取目标俯仰向角度的区域警戒雷达系统及方法，其中：系统包括：雷达、摄像机、控制终端和供电系统，所述雷达、摄像机及控制终端分别与供电系统连接，所述雷达、摄像机还分别与控制终端连接；所述摄像机、雷达通过支撑桅杆安装在监测区域中心；雷达包括水平角度与距离获取模块及定位模块；控制终端包括：高程地图数据存储模块，目标经纬度推算模块，目标点高程信息获取模块，目标俯仰角度推算模块。本发明还提供一种获取目标俯仰向角度的方法。在相同雷达成本、体积情况下，本发明能很好地解决雷达由于没有俯仰角度信息情况下无法引导摄像头俯仰角度问题，并且不增加成本。

Description

一种能获取目标俯仰向角度的区域警戒雷达系统及方法

技术领域

本发明涉及一种能获取目标俯仰向角度的区域警戒雷达系统及方法，属于雷达技术领域。

背景技术

区域警戒雷达系统是工作于ISM波段的近程运动目标侦察雷达系统，现有的区域警戒雷达系统由雷达、摄像机、显示控制终端、支撑桅杆、供电系统组成。整个系统分为室内部分和室外部分，室内部分包含显示控制终端、供电系统，室外部分包含摄像机、雷达、支撑桅杆，其中摄像机、雷达通过支撑桅杆安装在需要监控区域的中心点。

系统启动工作后，雷达会对周围360°或一个扇区进行持续扫描，发现运动目标后，进行持续跟踪。雷达在获取运动目标的水平角度、距离后对摄像头进行引导，摄像头根据雷达提供的水平角度、距离信息自动调整云台角度、摄像头焦距完成对动态目标的跟踪。

现有的区域警戒雷达系统由于成本、体积限制，不具备提供动态目标俯仰角度信息的能力，从而导致摄像机俯仰角度的控制做不到完全自动化，目前有两种常见的解决方案：1、水平角度自动控制、俯仰角度由用户手动调节；2、预设一个合适俯仰角度，但是这种方案在使用过程中由于俯仰角度不变，摄像头的变焦倍数将受到限制，焦距大时可能会导致目标丢失。

关于如何获取或调节俯仰角度国内外也有不少报道：

对比文件1：CN203561793U公开一种反觇式雷达标定瞄准器，包括镜筒、转动反射镜、固定反射镜、物镜、分划镜组件和目镜组件，转动反射镜与固定反射镜以水平方向成45角对称设置，分划镜组件带有LED光源，目镜组件与所述观察窗开口方向相同，在标定方位时能够反觇瞄准，不需要大角度转动笨重的雷达天线，转动反射镜具有手动调节转动功能，可对低俯仰角度的方位物进行标定，观察视野大的功能。本方案中采用具有手动调节功能的转动反射镜对目标物进行瞄准，但其是应用于雷达瞄准器。

对比文件2：CN103885039A提供一种基于周视搜索雷达的通道复用俯仰测角系统，在现有三坐标雷达装备采用方位机械搜索、俯仰相扫技术状态基础上，通过增加微波开关，实现方位差、俯仰差信号共用一个接收通道，并在雷达信号处理端巧妙的采用分段处理方式，利用振幅和差单脉冲测角方法，在一帧信号时间内，同时上报方位、俯仰角度信息，实现现有三坐标雷达俯仰高精度测角。本方案是通过增加微波开关实现雷达的俯仰测角信息。

本发明拟提供一种区域警戒雷达系统及其利用地图高程信息辅助获取目标俯仰向角度的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能获取目标俯仰向角度的区域警戒雷达系统及其获取目标俯仰向角度的方法，该系统通过利用地图高程信息辅助获取动态目标的俯仰向角度，以此来调整摄像机的俯仰向角度，实现对动态目标的准确跟踪。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种能获取目标俯仰角度的区域警戒雷达系统，包括：雷达、摄像机、控制终端和供电系统，所述雷达、摄像机及控制终端分别与供电系统连接，所述雷达、摄像机还分别与控制终端连接；所述摄像机、雷达通过支撑桅杆安装在监测区域中心；

所述雷达包括水平角度与距离获取模块及定位模块；所述水平角度与距离获取模块用于获取目标实时的水平角度信息与距离信息；所述定位模块用于获取当前安装点的经纬度信息；

所述控制终端包括：

高程地图数据存储模块，用于存储高程地图数据；

目标经纬度推算模块，用于根据安装点的经纬度、目标点的水平角度信息和距离信息，推算出动态目标的经纬度；

目标点高程信息获取模块，用于从目标经纬度推算模块中获取目标的经纬度并导入高程地图数据得到目标点高程信息；

目标俯仰角度推算模块，用于从目标点高程信息获取模块中获取目标点高程信息，推算出目标点与摄像头的俯仰角度。

进一步地，

所述支撑桅杆的顶端设有云台，摄像机通过云台固定在支撑桅杆的顶端；所述云台与控制终端连接。

进一步地，

所述云台包括水平调节电机和垂直调节电机；所述垂直调节电机用于根据推算出的俯仰角度调节摄像头的俯仰角度。

进一步地，

所述定位模块为高精度GPS定位模块或北斗卫星定位模块。

作为其他优选方案，

所述定位模块采用外置的高精度定位仪，所述高精度定位仪与控制终端连接。

进一步地，

所述供电系统为UPS电源。(Uninterruptible Power System，以下简称UPS电源)，即不间断电源，是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。

本系统的工作原理如下：

系统在安装过程中会获取安装点的经纬度，并导入以安装点为中心点的高程地图；系统开启工作，雷达扫描，当检测到动态目标时，输出目标以安装地为原点的水平角度和距离信息，系统根据目标水平角度与距离信息，推算出目标经纬度，然后通过目标经纬度经纬度查询获取目标高程信息，最后根据安装点经纬度与目标点高程信息换算摄像机俯仰角度。

本发明还提供一种获取目标俯仰向角度的方法，具体是一种通过地图高程信息来辅助获取目标的俯仰向角度，并以此来引导摄像机俯仰向角度的方法，

所述方法具体包括如下步骤：

S1、获取安装点经纬度信息并导入高程地图数据

在监测区域中心安装摄像机和雷达，在安装过程中雷达的定位模块获取安装点经纬度信息并传输给控制终端，并在控制终端的高程地图数据存储模块内导入以安装点为中心点的高程地图数据；

S2、获取目标水平方位角度与距离

雷达扫描动态目标，当检测到目标，雷达的水平角度与距离获取模块获取目标以安装点为原点的水平角度信息和距离信息并输出给控制终端；

S3、推算目标当前的经纬度

控制终端的目标经纬度推算模块接收目标点的水平角度信息和距离信息，并根据安装点的经纬度信息，采用经纬度推算公式推算出动态目标的经纬度；

S4、获取目标点高程信息

控制终端的目标点高程信息获取模块从目标经纬度推算模块中获取目标的经纬度并导入高程地图数据得到目标点高程信息；

S5、推算俯仰角度

控制终端的目标俯仰角度推算模块从目标点高程信息获取模块中获取目标点高程信息，并根据俯仰角度推算公式推算出目标点与摄像机的俯仰角度。

进一步地，

步骤S3中：经纬度推算公式如下：

J_t＝J_b+(R*sin(A*π/180))/(111*cos(W_b*π/180))

W_t＝W_b+(R*cos(A*π/180))/111

公式中：J_b代表安装点经度，W_b代表安装点纬度，A代表水平面相对于正北方向顺时针方向的夹角，R代表距离目标点到安装点之间的距离，J_t代表目标点经度，W_t代表目标点纬度。

进一步地，

步骤S5中：俯仰角度推算计算公式如下：

B＝arcos(R/(H-h))

公式中：B代表目标与摄像机的俯仰角度，H代表设备安装高度，h为目标高度，R代表距离目标点到安装点之间的距离。

进一步地，

所述方法还包括：

步骤S6、调节摄像机的俯仰角度

控制终端输出信号给云台的垂直方向电机，垂直方向电机根据步骤S5中推算出的俯仰角度调节摄像机的俯仰角度，实现对动态目标的跟踪。

进一步地，

所述方法中的定位模块为高精度GPS定位模块或北斗卫星定位模块。

本发明的有益效果：在相同雷达成本、体积情况下，本发明能很好地解决雷达由于没有俯仰角度信息情况下无法引导摄像头俯仰角度问题，并且不增加成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1区域警戒雷达系统的整体结构示意图；

图2为本发明实施例2的方法流程示意图；

图3为本发明实施例2方法的俯仰角度计算示意图。

上述附图标记：

100、控制终端；200、雷达；300、摄像机；400、供电系统；101、高程地图数据存储模块；102、目标经纬度推算模块；103、目标点高程信息获取模块；104、目标俯仰角度推算模块；201、水平角度与距离获取模块；202、定位模块。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对发明进一步说明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1系统实施例

如图1所示，本实施例提供一种能获取目标俯仰角度的区域警戒雷达系统，包括：雷达200、摄像机300、控制终端100和供电系统400，雷达200、摄像机300及控制终端100分别与供电系统400连接，雷达200、摄像机300还分别与控制终端100连接；摄像机300、雷达200通过支撑桅杆安装在监测区域中心；

雷达200包括水平角度与距离获取模块201及定位模块202；水平角度与距离获取模块201用于获取目标实时的水平角度信息与距离信息；定位模块202用于获取当前安装点的经纬度信息；

控制终端100包括：

高程地图数据存储模块101，用于存储高程地图数据；

目标经纬度推算模块102，用于根据安装点的经纬度、目标点的水平角度信息和距离信息，采用经纬度推算公式推算出动态目标的经纬度；

目标点高程信息获取模块103，用于从目标经纬度推算模块中获取目标的经纬度并导入高程地图数据得到目标点高程信息；

目标俯仰角度推算模块104，用于从目标点高程信息获取模块中获取目标点高程信息，并根据俯仰角度推算公式推算出目标点与摄像头的俯仰角度；

所述支撑桅杆的顶端设有云台，摄像机300通过云台固定在支撑桅杆的顶端；所述云台与控制终端100连接。云台包括水平调节电机和垂直调节电机；所述垂直调节电机用于根据推算出的俯仰角度调节摄像机300的俯仰角度。

本实施例中定位模块202采用高精度GPS定位模块；作为其他优选方案，可采用北斗卫星定位模块替换或者采用外置的高精度定位仪，所述高精度定位仪与控制终端100连接。

供电系统400采用UPS电源。

实施例2方法实施例

本实施例提供实施例1所述系统获取目标俯仰向角度的方法，具体是一种通过地图高程信息来辅助获取目标的俯仰向角度，并以此来引导摄像机俯仰向角度的方法，

所述方法具体包括如下步骤：

S1、获取安装点经纬度信息并导入高程地图数据

在监测区域中心安装摄像机300和雷达200，在安装过程中雷达200的定位模块202获取安装点经纬度信息并传输给控制终端100，并在控制终端100的高程地图数据存储模块101内导入以安装点为中心点的高程地图数据；

S2、获取目标水平方位角度与距离

雷达200扫描动态目标，当检测到目标，雷达200的水平角度与距离获取模块201获取目标以安装点为原点的水平角度A和距离R并输出给控制终端100；

S3、推算目标当前的经纬度

控制终端100的目标经纬度推算模块102接收目标点的水平角度A和距离R，并根据安装点的经纬度(J_b、W_b)，采用经纬度推算公式推算出动态目标的经纬度(J_t、W_t)；经纬度推算公式如下：

J_t＝J_b+(R*sin(A*π/180))/(111*cos(W_b*π/180))

W_t＝W_b+(R*cos(A*π/180))/111

S4、获取目标点高程信息

控制终端100的目标点高程信息获取模块103从目标经纬度推算模块102中获取目标的经纬度(J_t、W_t)并导入高程地图数据得到目标点高程信息，即目标的高度(h)；

S5、推算俯仰角度

控制终端100的目标俯仰角度推算模块104从目标点高程信息获取模块103中获取目标点高程(h)，并根据俯仰角度推算公式推算出目标点与摄像头的俯仰角度B；俯仰角度B的推算计算公式如下：

B＝arcos(R/(H-h))

如图3所示，以目标一为例，目标一的俯仰角度B1＝arcos(R1/(H-h1))，R1通过上述步骤S2可以获得，h1通过步骤S4可以获得，H为已知高度。

以目标二为例，目标二的俯仰角度B2＝arcos(R2/(H-h2))，R2通过上述步骤S2可以获得，h2通过步骤S4可以获得，H为已知高度。

S6、调节摄像机300的俯仰角度

控制终端100输出信号给云台的垂直方向电机，垂直方向电机根据步骤S5中推算出的俯仰角度B调节摄像机300的俯仰角度，实现对动态目标的跟踪。

在相同雷达成本、体积情况下，本发明能很好地解决雷达由于没有俯仰角度信息情况下无法引导摄像头俯仰角度问题，并且不增加成本。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (4)

1.一种获取目标俯仰向角度的方法，其特征在于，具体是一种通过地图高程信息来辅助获取目标的俯仰向角度，并以此来引导摄像机俯仰向角度的方法，

所述方法具体包括如下步骤：

S1、获取安装点经纬度信息并导入高程地图数据

在监测区域中心安装摄像机和雷达，在安装过程中雷达的定位模块获取安装点经纬度信息并传输给控制终端，并在控制终端的高程地图数据存储模块内导入以安装点为中心点的高程地图数据；

S2、获取目标水平方位角度与距离

雷达扫描动态目标，当检测到目标，雷达的水平角度与距离获取模块获取目标以安装点为原点的水平角度信息和距离信息并输出给控制终端；

S3、推算目标当前的经纬度

控制终端的目标经纬度推算模块接收目标点的水平角度信息和距离信息，并根据安装点的经纬度信息，采用经纬度推算公式推算出动态目标的经纬度；

所述经纬度推算公式如下：

J_t＝J_b+(R*sin(A*π/180))/(111*cos(W_b*π/180))

W_t＝W_b+(R*cos(A*π/180))/111

公式中：J_b代表安装点经度，W_b代表安装点纬度，A代表水平面相对于正北方向顺时针方向的夹角，R代表距离目标点到安装点之间的距离，J_t代表目标点经度，W_t代表目标点纬度；

S4、获取目标点高程信息

控制终端的目标点高程信息获取模块从目标经纬度推算模块中获取目标的经纬度并导入高程地图数据得到目标点高程信息；

S5、推算俯仰角度

控制终端的目标俯仰角度推算模块从目标点高程信息获取模块中获取目标点高程信息，并根据俯仰角度推算公式推算出目标点与摄像机的俯仰角度；

所述俯仰角度推算计算公式如下：

B＝arcos(R/(H-h))

公式中：B代表目标与摄像机的俯仰角度，H代表设备安装高度，h为目标高度，R代表距离目标点到安装点之间的距离；

S6、调节摄像机的俯仰角度

控制终端输出信号给云台的垂直方向电机，垂直方向电机根据步骤S5中推算出的俯仰角度调节摄像机的俯仰角度，实现对动态目标的跟踪。

2.根据权利要求1所述的一种获取目标俯仰向角度的方法，其特征在于，

所述定位模块为高精度GPS定位模块或北斗卫星定位模块。

3.根据权利要求1或2所述的一种获取目标俯仰向角度的方法，其特征在于，通过一种能获取目标俯仰角度的区域警戒雷达系统实现，区域警戒雷达系统包括：

雷达、摄像机、控制终端和供电系统，所述雷达、摄像机及控制终端分别与供电系统连接，所述雷达、摄像机还分别与控制终端连接；所述摄像机、雷达通过支撑桅杆安装在监测区域中心；所述支撑桅杆的顶端设有云台，摄像机通过云台固定在支撑桅杆的顶端；所述云台与控制终端连接；所述云台包括水平调节电机和垂直调节电机；所述垂直调节电机用于根据推算出的俯仰角度调节摄像头的俯仰角度；

所述雷达包括水平角度与距离获取模块及定位模块；所述水平角度与距离获取模块用于获取目标实时的水平角度信息与距离信息；所述定位模块用于获取当前安装点的经纬度信息；

所述控制终端包括：

高程地图数据存储模块，用于存储高程地图数据；

目标经纬度推算模块，用于根据安装点的经纬度、目标点的水平角度信息和距离信息，推算出动态目标的经纬度；

目标点高程信息获取模块，用于从目标经纬度推算模块中获取目标的经纬度并导入高程地图数据得到目标点高程信息；

目标俯仰角度推算模块，用于从目标点高程信息获取模块中获取目标点高程信息，推算出目标点与摄像头的俯仰角度。

4.根据权利要求3所述的一种获取目标俯仰向角度的方法，其特征在于，

所述供电系统为UPS电源。