CN109116370B - 一种目标探测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种目标探测方法及系统，该系统包括：多个激光发射接收模块，在保护对象侧面形成激光幕，当目标穿过激光幕时，将接收的激光对目标的反射信息发送给中央控制模块；中央控制模块，根据接收到的目标的激光反射信息确定目标速度，通过判断该目标的速度，确定是否启动处置装置；每个所述激光发射接收模块形成一个激光层，多个激光层构成一个激光幕。本发明定义了基于固定激光束组成的激光幕，对保护目标形成有效覆盖，有利于检测快速目标的位置和速度，便于后续启动相应的措施。

Description

一种目标探测方法及系统

技术领域

本发明涉及激光探测，特别是涉及一种可以探测，判断，并进一步处置入侵保护对象所在区域的目标的探测方法和系统。

背景技术

激光探测入侵目标的技术主要基于飞行时间技术，利用计算光脉冲投射到入侵物体上反射回来的往返的时间测量入侵物体的距离，通过对保护对象区域的扫描来探测入侵物体。

文献1：CN102232196A，公开了一种用于光学地扫描和测量激光扫描器的周围环境的方法，该激光扫描器包括：测量头，该测量头具有光发射器和光接收器；反射镜，该反射镜可相对于测量头绕第一轴线旋转；基座，测量头可相对于该基座绕第二轴线旋转；控制和评估单元；以及中心，该中心对于扫描定义激光扫描器的静止坐标系和该扫描的中心，其中，光发射器发射出发射光束，反射镜在测量头的旋转期间将发射光束反射到周围环境中且进行若干次完整的回转，光接收器接收经由反射镜的接收光束，其中接收光束被激光扫描器的周围环境中的目标物反射或者被散射，且对于扫描的多个测量点，控制和评估单元至少确定中心到目标物的距离，测量头进行多于半圈的回转用于扫描，其中，至少一些测量点被双重确定。

文献2：EP2963441A1，公开了一种激光测距仪包括：一个改变激光发射方向的微机电反射镜；第一个光电探测器，它反射由微机电反射镜所反射的激光的一部分，并接收激光的另一部分；第二个光电探测器，接收第一束反射光，该光源为反射在目标物体上的激光，第二反射光的光源为第一个光电探测器中的部分激光；信号处理器，利用第一反射光，通过减去从计算第一反射光得到的从激光二极管到目标对象的第一个距离中减去计算第二反射光得到的从激光二极管到第一个光电探测器的距离，并计算目标物体相对于激光测速仪的方向。

这种激光扫描方法适用于入侵速度相对较慢的物体，如果想要探测快速移动的入侵物体，就需要更加快速地进行扫描，这就要求发出的脉冲激光具有非常高的脉冲重复频率，部署起来较为困难，并且无法测量入侵物体的速度。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种目标探测方法，包括：

在保护对象侧面形成激光幕；

当目标穿过激光幕时，接收目标的激光反射信息，根据目标的激光反射信息确定目标速度，通过判断该目标的速度，确定是否启动相应的处理措施；

所述激光幕包括多层激光层；

每层激光层由位于同一平面的多束激光束组成。

根据本发明的方法，优选的，根据保护对象与激光幕部署条件，确定激光幕包含的激光层的数量。

根据本发明的方法，优选的，根据目标的激光反射信息，计算目标的速度和位置。

根据本发明的方法，优选的，当探测到该目标的速度超过设定的阈值时，判定该目标为可疑目标，并启动处置措施。

根据本发明的方法，优选的，通过飞行时间技术确定目标位置。

根据本发明的方法，优选的，所述处置措施包括：启动高速拍摄装置对目标进行拍摄。

根据本发明的方法，优选的，组成激光幕的多层激光束的层间间隔为20-100mm。

根据本发明的方法，优选的，构成激光幕的多层激光层之间相互平行或形成一定夹角。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种目标探测系统，包括：

多个激光发射接收模块，在保护对象侧面形成激光幕，当目标穿过激光幕时，将接收的激光对目标的反射信息发送给中央控制模块；

中央控制模块，根据接收到的目标的激光反射信息确定目标速度，通过判断该目标的速度，确定是否启动处置装置；

每个所述激光发射接收模块形成一个激光层，多个激光层构成一个激光幕。

根据本发明的系统，优选的，根据保护对象与激光幕的部署条件，确定激光发射接收模块的数量。

根据本发明的系统，优选的，由多个激光发射接收模块形成的有一定间隔距离的多个激光层构成的激光幕，用于探测目标的位置和速度。

根据本发明的系统，优选的，中央控制模块根据接收的所述激光反射信息确定目标的速度超过设定的阈值时，确定该目标为可疑目标，并启动处置装置。

根据本发明的系统，优选的，所述处置装置包括高速拍摄装置。

根据本发明的系统，优选的，所述多个激光层之间的间隔为20-100mm。

根据本发明的系统，优选的，每个激光发射接收模块包括多个激光探测器，每个激光探测器包括一组配对安装的激光发射器和激光反射接收器，一个激光发射器发射一束激光束，多个激光发射器发出的多束激光束形成一个激光层：

由所述激光反射接收器接收目标的激光反射信息，并发送给中央控制模块。

根据本发明的系统，优选的，所述激光发射接收模块中的多个激光发射器呈直线和/或在端角以扇形分布部署于保护对象侧面上方。

根据本发明的系统，优选的，所述多个激光发射接收模块发射形成的多层激光层相互平行或形成一定夹角。

根据本发明的系统，优选的，中央控制模块通过飞行时间技术确定目标位置。

采用本发明的技术方案，取得了以下技术效果：本发明定义了基于固定激光束组成的激光幕，对保护目标形成有效覆盖，有利于检测快速目标的位置和速度，便于后续启动相应的措施。

附图说明

此处所说明的附图是用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，但并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1为本发明的探测系统的结构示意图；

图2是激光层构成激光幕的示意图；

图3是本发明探测目标的一个实施例的示意图；

图4是本发明探测目标的又一个实施例的示意图；

图5为本发明探测方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本发明提出了一种利用激光幕对物体进行探测的方法。该方法利用激光幕探测到入侵物体的速度，再根据对比其速度与预设阈值判断该物体是否可疑，从而启动后续处理措施。由于需要探测物体的速度，本发明的激光幕由多层激光层组成，每层激光层由多束在同一水平面上的激光光束组成。所述激光幕需要部署在被保护目标附近上方以形成有效覆盖，这样可以确保入侵物体落入被保护区域时穿过激光幕而被探测到。多层激光幕的设置由多个激光发射接收模块的部署方式决定，其部署方式可以是有的激光发射接收模块被安装在被保护对象附近侧上方的端角，其中的多个激光探测器以扇形相邻地排列；激光发射接收模块中多个激光探测器也可以沿被保护对象附近侧上方呈直线顺序排列部署。这两种部署方式可以混合使用，也可以只使用其中一种。

参照图1，一种目标物体探测系统，包括多个激光发射接收模块和中央控制模块2，每个激光发射接收模块都与中央控制模块相连接。以其中一个激光发射接收模块10为例，包括多个激光探测器101～10n，每个激光探测器由一组配对安装的激光发射器和激光反射接收器组成。以激光探测器101为例，其中激光发射器10111与激光发射接收器10121配对安装。所述的多个激光发射器可以以直线排列形式部署在保护对象附近上方一侧，也可以以扇形相邻排列的形式部署在保护对象附近上方的端角。多个激光发射器101～10n发射出的多束在同一平面上的激光束形成一层激光层。本发明所基于的探测目标的激光幕由多层激光层构成，如果要部署一个有多层激光层的激光幕，就需要部署多个激光发射接收模块，以此在保护对象附近的上方形成有多层激光层的激光幕；所述激光发射接收模块的部署数量根据保护对象与激光幕的部署条件所确定需要部署的激光层的数量而确定；优选的，部署的多层激光层的层间隔一般为20-100mm，在必要时，可以大于100mm。如图2所示，多层激光层相互平行或形成一定夹角，激光层相互平行可以更好的探测目标的飞行速度。

如图3-4示出的保护对象为一个水库，依据水库附近的部署环境可以在水库一侧墙面上部署由两层激光层构成的激光幕；所述两层激光层由两个激光发射接收模块10和11形成。在一个实施例中，其中激光发射接收模块10中的多个激光探测器101～10n以直线沿一侧排列，另一激光发射接收模块11中的多个激光探测器111～11n以扇形相邻排列在端角。在另一个实施例中，其中激光发射接收模块10中的多个激光探测器101～10n以扇形相邻排列在一个端角，另一激光发射接收模块11中的多个激光探测器111～11n也以扇形相邻排列在另一个端角。所述的两个激光发射接收模块10和11优选地被部署在相距100mm的水平面上，其所发出的激光层也间隔100mm且互为平行。对于多层激光层的激光幕来说，宽度较高的层间隔会使得对目标物体速度的探测更为准确，而互相平行的激光层则可以使得对入侵物体速度的探测更为容易。

当有目标穿过激光幕时，激光发射接收模块中的激光反射接收器将激光光束对目标的反射信息发送给中央控制模块2，中央控制模块2根据所接收到的激光脉冲的反射信息计算目标的飞行速度和位置。当激光幕由单个激光反射接收模块发射的激光层构成时，仅可根据目标对激光的反射信息，通过时间飞行技术，计算目标的位置。当激光幕由多个激光反射接收模块发射的多层激光层构成时，通过计算目标穿过第一层与第n(n大于等于2)层激光层之间的时间差可以确定目标的飞行速度，并根据目标飞行速度是否大于中央控制模块2预设的速度阈值判断目标是否为可疑入侵目标。判断是否为可疑入侵目标的阈值设定可以根据用户自己的需求定义，依据保护对象对譬如投掷物，子弹，飞鸟，无人机等进行防护。譬如保护对象为水库时，可以设定可疑入侵目标速度阈值为8米/秒，探测目标比如为对水库进行投毒的物体。如果判断为可疑入侵目标，则由中央控制模块2启动进一步处置装置，所述处置装置包括高速照相机，或者其他处理措施。如图3-4所示，目标物体在穿过第一层激光层时被探测到其位置，在穿过第二层激光层时，中央处理模块根据接收到的入侵物体穿越第一层与第二层的时间计算出入侵的速度并更新其所在位置；如果入侵物体是一只飞鸟，则其速度相对缓慢，大约在3米/秒，小于中央处理模块预设的速度阈值，不会进一步触发处置装置；如果入侵速度超过预设的速度阈值，譬如以10米/秒的速度向水库投毒，则中央处理模块会启动处置装置包括高速照相机对可疑的入侵物进行拍照以便于进一步确认入侵物。

如果激光幕包括多于2层的多层激光层，比如有5个激光层时，优选的可以根据入侵目标穿过第一层激光层和第五层激光层之间的时间，并根据目标穿过第一层激光层和第五层激光层的位置计算目标穿过第一层激光层到第五层激光层之间的距离，并根据穿过的距离和时间，从而计算目标的飞行速度。同时可以根据目标穿过第一层激光层和第四层激光层的位置计算目标穿过第一层激光层到第四层激光层的距离，根据穿过的距离和时间，从而计算目标的飞行速度；也可以根据目标穿过任意两层激光层之间的距离和时间，计算目标的飞行速度。由于目标穿越时间和距离越长，计算得到的目标飞行速度越准确，因此优先选择根据目标穿越距离最长的激光层来计算目标的飞行速度。

参照图5，本发明公开了一种目标探测方法，包括：

步骤S1，在保护对象侧面形成激光幕。

其中，所述激光幕包括多层激光层，每层激光层由多束激光束组成。需要部署的激光层的数量由保护对象附近的部署环境以及所要保护的对象来决定。多层激光层测量是基于目标物体穿过所有激光层的时间和距离计算其入侵所在的位置与速度，更多的层数可以使得对于目标物体的参数如位置和速度的测量更加准确。多层激光层的层间隔一般为20-100mm，在必要时，可以大于100mm，间隔宽度的相对增加可以使得对入侵物体速度的测量更加准确。多层激光层之间互为平行或者形成一定的夹角，会使得对目标物体的速度的探测更为容易。但具体采用的部署位置与方式，需要根据保护对象附近的部署环境结合保护对象本身的情况来确定。

步骤S2，当目标穿过激光幕时，接收目标的激光反射信息。

当目标穿过激光幕时，激光在目标上进行反射，通过激光反射接收器接收所述反射信息。

步骤S3，根据目标的激光反射信息确定目标速度。

当激光幕为多层时，利用目标穿越第一层和最后一层的时间计算其速度，并更新最终位置。

如果激光幕包括多于2层的多层激光层，比如有5个激光层时，优选的可以根据入侵目标穿过第一层激光层和第五层激光层之间的时间，并根据目标穿过第一层激光层和第五层激光层的位置计算目标穿过第一层激光层到第五层激光层之间的距离，并根据穿过的距离和时间，从而计算目标的飞行速度。同时可以根据目标穿过第一层激光层和第四层激光层的位置计算目标穿过第一层激光层到第四层激光层的距离，根据穿过的距离和时间，从而计算目标的飞行速度；也可以根据目标穿过任意两层激光层之间的距离和时间，计算目标的飞行速度。由于目标穿越时间和距离越长，计算得到的目标飞行速度越准确，因此优先选择根据目标穿越距离最长的激光层来计算目标的飞行速度。

步骤S4，通过判断该目标的速度，确定是否启动相应的处理措施。

预设速度阈值，当探测到的目标飞行速度大于此阈值时，判断该目标为可疑入侵物，启动处置措施，比如对可疑入侵物体进行拍摄，或者其他处理措施。

如图3-4示出的保护对象为一个水库，依据水库附近的部署环境可以在水库一侧墙面上部署有两层激光层的激光幕。在一个实施例中，所述两层激光层根据两个激光发射接收模块在保护对象一侧上方的各自的安装位置，分别从端角呈扇形发散而出以及沿着保护对象侧上方一侧呈并列方式发出。在另一个实施例中，所述两层激光层根据两个激光发射接收模块在保护对象侧面分别从两个端角呈扇形发散而出。所述的两层激光层之间根据将其发射出的两组激光发射接收模块的安装位置形成互相平行的激光层，并且间隔为100mm。对于多层激光层的激光幕来说，宽度较高的层间隔会使得对目标物体速度的探测更为准确，而互相平行的激光层则可以使得对入侵物体速度的探测更为容易。

当入侵目标穿过激光幕时，接收到激光光束的反射信息，根据所接收到的光脉冲的发射信息，当激光幕为多层时，通过计算入侵物体穿过第一层与第n层之间的时间差可以确定其入侵速度，并根据入侵速度是否大于预设的速度阈值判断入侵物体是否可疑。判断为可疑物的阈值设定可以根据用户自己的需求定义，依据保护对象对譬如投掷物，子弹，飞鸟，无人机等进行防护。譬如保护对象为水库时，可以设定可疑速度阈值为8米/秒。如果判断为可疑，则启动进一步处置措施，所述处置措施包括对入侵目标进行拍摄。如图3-4所示，目标物体在穿过第一层激光层时被探测到其位置，在穿过第二层激光层时，中央处理模块根据接收到的入侵物体穿越第一层与第二层的时间计算出入侵的速度并更新其所在位置；如果入侵物体是一只飞鸟，则其速度相对缓慢约在3米/秒，小于中央处理模块预设的速度阈值，不会进一步触发处置装置；如果入侵速度超过预设的速度阈值，譬如以10米/秒速度向水库投毒，则会启动处置措施如高速照相机对可疑的入侵物进行拍照以便于进一步确认入侵物。

本发明定义了基于固定激光束组成的激光幕，对保护目标形成有效覆盖，有利于检测快速目标的位置和速度，便于后续启动相应的措施。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式发送机或其他可编程数据发送终端设备的发送器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据发送终端设备的发送器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的系统。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据发送终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令系统的制造品，该指令系统实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据发送终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的发送，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种目标探测方法及系统，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (11)

1.一种目标探测方法，其特征在于，包括：

在保护对象侧面部署多层激光层构成的激光幕；

每层所述激光层由一个所述激光发射接收模块形成，每个所述激光发射接收模块包括多个激光探测器，每个激光探测器由一组配对安装的激光发射器和激光反射接收器组成；所述的多个激光发射器以直线排列形式部署在保护对象附近上方一侧或以扇形相邻排列的形式部署在保护对象附近上方的端角；

根据目标对激光的反射信息，计算目标的位置；根据目标穿过任意两层激光层的位置，以及目标穿过所述任意两层激光层之间的时间差，确定目标的飞行速度，并根据目标飞行速度是否大于预设的速度阈值判断目标是否为可疑入侵目标，并确定是否启动相应的处理措施；

每层激光层由每个所述激光发射接收模块包括的多个不同激光发射器发射的位于同一平面的多束固定激光束组成，组成激光幕的多层激光束的层间间隔为20-100mm，其所发出的激光层也间隔20-100mm，构成激光幕的多层激光层之间相互平行或形成一定夹角。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：根据目标穿过第一层和最后一层激光层的位置，以及目标穿过第一层和最后一层激光层的时间差，确定目标的飞行速度，当探测到该目标的速度超过设定的速度阈值时，判定该目标为可疑目标，并根据目标位置启动处置措施。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：通过飞行时间技术确定目标位置。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述处置措施包括：启动高速拍摄装置对目标进行拍摄。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述激光幕由5层激光层构成。

6.一种目标探测系统，其特征在于，包括：

多个激光发射接收模块，部署在保护对象侧面，形成由多层激光层构成的激光幕；每层所述激光层由一个所述激光发射接收模块形成，每个所述激光发射接收模块包括多个激光探测器，每个激光探测器由一组配对安装的激光发射器和激光反射接收器组成；所述的多个激光发射器以直线排列形式部署在保护对象附近上方一侧或以扇形相邻排列的形式部署在保护对象附近上方的端角；当目标穿过激光幕时，激光发射接收模块中的激光反射接收器将接收的激光对目标的反射信息发送给中央控制模块；

中央控制模块，根据接收到的目标的激光反射信息确定目标位置；根据目标穿过任意两层激光层的位置，以及目标穿过所述任意两层激光层之间的时间差，确定目标的飞行速度，并根据目标飞行速度是否大于预设的速度阈值判断目标是否为可疑入侵目标，通过判断该目标的速度，确定是否启动处置装置；

每个所述激光发射接收模块的多个不同激光发射器发射出的多束在同一平面上的固定激光束形成一层激光层，组成激光幕的多层激光束的层间间隔为20-100mm，其所发出的激光层也间隔20-100mm，构成激光幕的多层激光层之间相互平行或形成一定夹角。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于：根据目标穿过第一层和最后一层激光层的位置，以及目标穿过第一层和最后一层激光层的时间差，确定目标的飞行速度，当探测到该目标的速度超过设定的速度阈值时，判定该目标为可疑目标，并根据目标位置启动处置措施。

8.如权利要求6所述的系统，所述处置装置包括高速拍摄装置。

9.如权利要求6所述的系统，其特征在于：

一个激光发射器发射一束激光束，每个激光发射接收模块包括的多个激光发射器发出的多束激光束形成一个激光层；

由所述激光反射接收器接收目标的激光反射信息，并发送给中央控制模块。

10.如权利要求6所述的系统，其特征在于：中央控制模块通过飞行时间技术确定目标位置。

11.如权利要求6所述的系统，其特征在于：所述激光幕由5层激光层构成。

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