CN109542121A - 一种应用于边防的全天候无人移动侦察设备及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于边防的全天候无人移动侦察设备及其控制方法。本发明采用履带行走机构按照巡逻路线全天候自动行走；相机视觉目标识别设备对周边环境实时拍照和录像；中央控制处理器判断是否为可疑目标，如果是则控制毫米波雷达搜索可疑目标的距离和角度，并控制伺服驱动电路分别驱动旋转机构和俯仰机构调整角度，使得预警装置瞄准可疑目标，发出警告信号，实现实时化定位预警；本发明用于布防中国边境，构建网络化安全巡视系统，将执勤士兵撤至后方，负责管理和应急行动；实现侦察区域管理的智能化，处置问题的实时化及定位预警，体现未来战争中的无人化和人的决策能力。

Description

一种应用于边防的全天候无人移动侦察设备及其控制方法

技术领域

本发明涉及无人移动侦察装备领域，具体涉及一种应用于边防的全天候无人移动侦察设备及其控制方法。

背景技术

随着人工智能技术的快速发展，无人系统已成为未来战争中的主力军。无人执勤装备将取代士兵以及传统的执勤监测设备成为未来战场最前沿的主要防御和作战力量。人与武器将逐步分离，人由战争及防御的最前沿退向后方，主要负责战略决策。

在我国2.28万公里的陆地边境和数百个边远无人居住岛礁，目前建有数千个边防执勤哨所来维护我国的国家主权和边境安全，驻扎有数十万边防战士。为了防止恐怖分子、敌特人员的渗透，敌方人员侵占我国岛礁，以及边境难民的大量涌入，我边防战士需要日夜巡逻在崇山峻岭、深谷雪原、大漠戈壁，甚至条件极其恶劣的岛礁上。由于巡逻路线大多处于交通条件极其恶劣的无人区，因此我边防战士每完成一次巡逻均需要付出巨大的体力甚至经常有生命危险。同时由于完成一次巡逻往往需要数小时甚至十几天，因此无法实现实时监控整个边防线上的敌情变化，更不具备及时对边情进行处置的能力，丧失了第一时间示警、驱离的时机，造成非法人员完成边境渗透或他国军事人员侵入我方建立据点，对处置非法入境和边境争端失去最佳时机。

为了降低战士的劳动强度，增强对防务区域的实时监测与控制能力，前期我国边防、维和部队和警察大量装备了电子围栏和无人侦察机，以上装备虽然部分解决了边境和驻地区域的事态感知、实时监测、取证等工作，但存在不能实时对事态进行控制和恶劣天气下的防务漏洞。

发明内容

针对我国目前的边防现状和目前人工智能技术的兴起，本发明提出了一种应用于边防的全天候无人移动侦察设备及其控制方法，实现侦察区域管理的智能化，处置问题的实时化及定位预警。

本发明的一个目的在于提出一种应用于边防的全天候无人移动侦察设备。

本发明的应用于边防的全天候无人移动侦察设备包括：相机视觉目标识别设备、毫米波雷达设备、履带行走机构、旋转机构、俯仰机构、伺服驱动电路、中央控制处理器、电源管理电路和预警装置；其中，电源管理电路分别连接至相机视觉目标识别设备、毫米波雷达设备、履带行走机构、旋转机构、俯仰机构、伺服驱动电路、中央控制处理器和预警装置；旋转机构安装在履带行走机构上，俯仰机构安装在旋转机构上，伺服驱动电路分别连接至履带行走机构、旋转机构和俯仰机构；相机视觉目标识别设备和毫米波雷达分别安装在旋转机构上；预警装置安装在俯仰机构上；相机视觉目标识别设备连接至中央控制处理器；中央控制处理器与毫米波雷达互相连接；中央控制处理器还分别连接至伺服驱动电路和预警装置；相机视觉目标识别设备包括多组相机单元，每一组相机单元包括相机和相机通讯单元，均匀分布在旋转机构上，每一组相机的视场角等分，多组相机全方位覆盖周边环境；允许进入警戒区域的人员或车辆的特征以及巡逻路线存储在中央控制处理器中；中央控制处理器控制伺服驱动电路驱动履带行走机构按照巡逻路线全天候自动行走；相机视觉目标识别设备对周边环境实时拍照和录像，通过相机通讯单元传输至中央控制处理器；中央控制处理器接收照片和视频，对人员或车辆与存储的特征相比对，判断是否为可疑目标，如果特征不符合则判断为可疑目标；中央控制处理器发送指令至毫米波雷达，毫米波雷达搜索可疑目标的距离和角度，实时返回至中央控制处理器；此时履带行走机构停止移动，中央控制处理器解算可疑目标的距离和角度，转换成旋转机构和俯仰机构的角度，将角度发送至伺服驱动电路；伺服驱动电路分别驱动旋转机构和俯仰机构调整角度，使得预警装置瞄准可疑目标；中央控制处理器控制预警装置发出警告信号；最终实现实时化定位预警。

中央控制处理器包括：控制单元、处理器通讯单元、存储单元和电源单元；其中，电源单元分别连接至控制单元、处理器通讯单元和存储单元，提供工作电压；控制单元分别与处理器通讯单元、存储单元相连；允许进入警戒区域的人员或车辆的特征以及巡逻路线存储在存储单元中；处理器通讯单元接收相机视觉目标识别设备传输来的照片和视频，传输至控制单元；控制单元对传送过来的照片和视频寻找特征，并与存储的特征进行比对，来判断是否为可疑目标，如果特征符合则判断为非可疑目标，如果特征不符合则判断为可疑目标；控制单元通过处理器通讯单元传输指令至毫米波雷达设备；毫米波雷达设备将可疑目标的距离和角度通过处理器通讯单元传回至控制单元，控制单元解算出履带行走机构、旋转机构和俯仰机构的角度，通过处理器通讯单元发送至伺服驱动电路。

毫米波雷达包括：天线阵列、接收混频器、信号处理器和雷达通讯单元；其中，天线阵列包括一个发射天线和四个接收天线，一个发射天线位于中心，四个接收天线位于发射天线四周成正交摆放；每一个接收天线分别连接至一个接收混频器；四个接收混频器分别连接至信号处理器；信号处理器连接至雷达通讯单元；发射天线将连续波信号发出，遇到可疑目标后返回，由接收天线接收；接收天线通过对应的接收混频器，对信号放大和零中频混频接收，然后馈入至信号处理器；信号处理器计算可疑目标的距离和角度，并通过雷达通讯单元输出至中央控制处理器。

电源管理电路连接至电源，负责合理分配各设备的用电，电源包括外接电源和锂电池两部分，当附近有电网时外接电源，外接电源通过转换器后给电源管理电路供电，当附近没有电网时使用自带锂电池组进行供电并实时监控锂电池电量。

预警装置包括语音警告装置、强光警告装置、强声警告装置和迫离警示装置，相应的发出警告信号为：语音警告、强光警告、强声警告和迫离警示；其中，语音警告装置能够发出多语种的语音警告，警告目标此区域为监控区域不得入内；强光警告装置发出强光警告阻碍目标的视线，使得目标不能继续前进；强声警告装置发出高强度噪声迫使目标失能或逃离，达到拒止的目的但不会产生永久伤害；迫离警示装置采用催泪弹或烟雾弹，迫离警示装置安装在俯仰机构上，由中央控制处理器按照可疑目标的距离和角度控制旋转运动和俯仰运动，从而瞄准可疑目标。警戒装置在控制处理器的控制下，依次发出语音警告、强光警告、强声警告和迫离警示。

本发明的另一个目的在于提供一种应用于边防的全天候无人移动侦察设备的控制方法。

本发明的应用于边防的全天候无人移动侦察设备的控制方法，包括以下步骤：

1)按照警戒区域，规划巡逻路线，并将巡逻路线存储在中央控制处理器中；将允许进入警戒区域的人员或车辆的特征以及巡逻路线存储在中央控制处理器中；

2)中央控制处理器控制伺服驱动电路驱动履带行走机构按照巡逻路线全天候自动行走；

3)相机视觉目标识别设备对周边环境实时拍照和录像，通过相机通讯单元传输至中央控制处理器；

4)中央控制处理器接收照片和视频，对人员或车辆与存储的特征相比对，判断是否为可疑目标，如果特征符合则判断为非可疑目标，继续接收相机视觉目标识别设备的照片和录像，如果特征不符合则判断为可疑目标，进入步骤5)；

5)中央控制处理器发送指令至毫米波雷达，毫米波雷达搜索可疑目标的距离和角度，实时返回至中央控制处理器；

6)履带行走机构停止移动，中央控制处理器解算可疑目标的距离和角度，转换成旋转机构和俯仰机构的角度，将角度发送至伺服驱动电路；

7)伺服驱动电路分别驱动旋转机构和俯仰机构调整角度，使得预警装置瞄准可疑目标；

8)中央控制处理器控制预警装置发出警告信号，实现实时化定位预警。

其中，在步骤4)中，中央控制处理器接收照片和视频，对人员或车辆与存储的特征相比对，判断是否为可疑目标，包括以下步骤：

a)处理器通讯单元接收相机视觉目标识别设备传输来的照片和视频，传输至控制单元；

b)控制单元对传送过来的照片和视频寻找特征，并与存储的特征进行比对，来判断是否为可疑目标，如果特征符合则判断为非可疑目标，如果特征不符合则判断为可疑目标；

c)控制单元通过处理器通讯单元传输指令至毫米波雷达设备。

在步骤5)中，毫米波雷达搜索可疑目标的距离和角度，实时返回至中央控制处理器，包括以下步骤：

a)发射天线将连续波信号发出，遇到可疑目标后返回，由接收天线接收；

b)接收天线通过对应的接收混频器，对信号放大和零中频混频接收，然后馈入至信号处理器；

c)信号处理器计算目标的距离和角度；

d)通过雷达通讯单元输出至中央控制处理器。

本发明的优点：

本发明采用履带行走机构按照巡逻路线全天候自动行走；相机视觉目标识别设备对周边环境实时拍照和录像；中央控制处理器判断是否为可疑目标，如果是则控制毫米波雷达搜索可疑目标的距离和角度，并控制伺服驱动电路分别驱动旋转机构和俯仰机构调整角度，使得预警装置瞄准可疑目标，发出警告信号，实现实时化定位预警；本发明用于布防中国边境，构建网络化安全巡视系统，将执勤士兵撤至后方，负责管理和应急行动；实现侦察区域管理的智能化，处置问题的实时化及定位预警，体现未来战争中的无人化和人的决策能力。

附图说明

图1为本发明的应用于边防的全天候无人移动侦察设备的示意图；

图2为本发明的应用于边防的全天候无人移动侦察设备的结构框图；

图3为本发明的应用于边防的全天候无人移动侦察设备的控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本发明。

如图1所示，本实施例的应用于边防的全天候无人移动侦察设备包括：相机视觉目标识别设备1、毫米波雷达设备2、履带行走机构3、旋转机构4、俯仰机构5、伺服驱动电路、中央控制处理器6、电源管理电路7和预警装置8；其中，电源管理电路7分别连接至相机视觉目标识别设备1、毫米波雷达设备2、履带行走机构3、旋转机构4、俯仰机构5、伺服驱动电路、中央控制处理器6和预警装置8；旋转机构4安装在履带行走机构3上，俯仰机构5安装在旋转机构4上，伺服驱动电路分别连接至履带行走机构3、旋转机构4和俯仰机构5；相机视觉目标识别设备1连接至中央控制处理器6；中央控制处理器6与毫米波雷达互相连接；中央控制处理器6还分别连接至伺服驱动电路和预警装置8；相机视觉目标识别设备1包括多组相机单元，每一组相机单元包括相机和相机通讯单元，旋转机构4上设置有一体的安装架，相机单元均匀分布在旋转机构4的安装架上，每一组相机的视场角等分，多组相机全方位360°覆盖周边环境；毫米波雷达设备2安装在旋转机构4的安装架上；预警装置8包括语音警告装置、强光警告装置、强声警告装置和迫离警示装置，语音警告装置、强光警告装置和强声警告装置安装在安装架上，迫离警示装置安装在俯仰机构5上，或者语音警告装置、强光警告装置、强声警告装置和迫离警示装置均安装在俯仰机构5上。图2为结构框图。

本实施例的应用于边防的全天候无人移动侦察设备的控制方法，如图3所示，包括以下步骤：

1)按照警戒区域，规划巡逻路线，并将巡逻路线存储在中央控制处理器6中；将允许进入警戒区域的人员或车辆的特征以及巡逻路线存储在中央控制处理器6中；

2)中央控制处理器6控制伺服驱动电路驱动履带行走机构3按照巡逻路线全天候自动行走；

3)相机视觉目标识别设备1对周边环境半径200m范围内实时拍照和录像，通过相机通讯单元传输至中央控制处理器6；

4)中央控制处理器6接收照片和视频，对人员或车辆与存储的特征相比对，判断是否为可疑目标，如果特征符合则判断为非可疑目标，继续接收相机视觉目标识别设备1的照片和录像，如果特征不符合则判断为可疑目标，进入步骤5)；

5)中央控制处理器6发送指令至毫米波雷达，毫米波雷达采用3mm波段直接产生中心频率20GHz、带宽0.5GHz的线性调频连续波信号搜索可疑目标的距离和角度，实时返回至中央控制处理器6；

6)履带行走机构3停止移动，中央控制处理器6解算可疑目标的距离和角度，转换成旋转机构4和俯仰机构5的角度，将角度发送至伺服驱动电路；

7)伺服驱动电路分别驱动旋转机构4和俯仰机构5调整角度，使得预警装置8瞄准可疑目标；

8)中央控制处理器6控制预警装置8依次发出警告信号，实现实时化定位预警。

最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种应用于边防的全天候无人移动侦察设备，其特征在于，所述全天候无人移动侦察设备包括：相机视觉目标识别设备、毫米波雷达设备、履带行走机构、旋转机构、俯仰机构、伺服驱动电路、中央控制处理器、电源管理电路和预警装置；其中，所述电源管理电路分别连接至相机视觉目标识别设备、毫米波雷达设备、履带行走机构、旋转机构、俯仰机构、伺服驱动电路、中央控制处理器和预警装置；所述旋转机构安装在履带行走机构上，俯仰机构安装在旋转机构上，伺服驱动电路分别连接至履带行走机构、旋转机构和俯仰机构；相机视觉目标识别设备和毫米波雷达分别安装在旋转机构上；所述预警装置安装在俯仰机构上；所述相机视觉目标识别设备连接至中央控制处理器；所述中央控制处理器与毫米波雷达互相连接；所述中央控制处理器还分别连接至伺服驱动电路和预警装置；所述相机视觉目标识别设备包括多组相机单元，每一组相机单元包括相机和相机通讯单元，均匀分布在旋转机构上，每一组相机的视场角等分，多组相机全方位覆盖周边环境；允许进入警戒区域的人员或车辆的特征以及巡逻路线存储在中央控制处理器中；中央控制处理器控制伺服驱动电路驱动履带行走机构按照巡逻路线全天候自动行走；相机视觉目标识别设备对周边环境实时拍照和录像，通过相机通讯单元传输至中央控制处理器；中央控制处理器接收照片和视频，对人员或车辆与存储的特征相比对，判断是否为可疑目标，如果特征不符合则判断为可疑目标；中央控制处理器发送指令至毫米波雷达，毫米波雷达搜索可疑目标的距离和角度，实时返回至中央控制处理器；此时履带行走机构停止移动，中央控制处理器解算可疑目标的距离和角度，转换成旋转机构和俯仰机构的角度，将角度发送至伺服驱动电路；伺服驱动电路分别驱动旋转机构和俯仰机构调整角度，使得预警装置瞄准可疑目标；中央控制处理器控制预警装置发出警告信号；最终实现实时化定位预警。

2.如权利要求1所述的全天候无人移动侦察设备，其特征在于，所述中央控制处理器包括：控制单元、处理器通讯单元、存储单元和电源单元；其中，电源单元分别连接至控制单元、处理器通讯单元和存储单元，提供工作电压；所述控制单元分别与处理器通讯单元、存储单元相连；允许进入警戒区域的人员或车辆的特征以及巡逻路线存储在存储单元中；处理器通讯单元接收相机视觉目标识别设备传输来的照片和视频，传输至控制单元；控制单元对传送过来的照片和视频寻找特征，并与存储的特征进行比对，来判断是否为可疑目标，如果特征符合则判断为非可疑目标，如果特征不符合则判断为可疑目标；控制单元通过处理器通讯单元传输指令至毫米波雷达设备；毫米波雷达设备将可疑目标的距离和角度通过处理器通讯单元传回至控制单元，控制单元解算出履带行走机构、旋转机构和俯仰机构的角度，通过处理器通讯单元发送至伺服驱动电路。

3.如权利要求1所述的全天候无人移动侦察设备，其特征在于，所述毫米波雷达包括：天线阵列、接收混频器、信号处理器和雷达通讯单元；其中，所述天线阵列包括一个发射天线和四个接收天线，一个发射天线位于中心，四个接收天线位于发射天线四周成正交摆放；每一个接收天线分别连接至一个接收混频器；所述四个接收混频器分别连接至信号处理器；所述信号处理器连接至雷达通讯单元；发射天线将连续波信号发出，遇到可疑目标后返回，由接收天线接收；接收天线通过对应的接收混频器，对信号放大和零中频混频接收，然后馈入至信号处理器；信号处理器计算可疑目标的距离和角度，并通过雷达通讯单元输出至中央控制处理器。

4.如权利要求1所述的全天候无人移动侦察设备，其特征在于，所述电源管理电路连接至电源，负责合理分配各设备的用电，电源包括外接电源和锂电池两部分，当附近有电网时外接电源，外接电源通过转换器后给电源管理电路供电，当附近没有电网时使用自带锂电池组进行供电并实时监控锂电池电量。

5.如权利要求1所述的全天候无人移动侦察设备，其特征在于，所述预警装置包括语音警告装置、强光警告装置、强声警告装置和迫离警示装置；其中，所述语音警告装置能够发出多语种的语音警告，警告目标此区域为监控区域不得入内；所述强光警告装置发出强光警告阻碍目标的视线，使得目标不能继续前进；所述强声警告装置发出高强度噪声迫使目标失能或逃离，达到拒止的目的但不会产生永久伤害；所述迫离警示装置采用催泪弹或烟雾弹。

6.一种如权利要求1所述的应用于边防的全天候无人移动侦察设备的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：

1)按照警戒区域，规划巡逻路线，并将巡逻路线存储在中央控制处理器中；将允许进入警戒区域的人员或车辆的特征以及巡逻路线存储在中央控制处理器中；

2)中央控制处理器控制伺服驱动电路驱动履带行走机构按照巡逻路线全天候自动行走；

3)相机视觉目标识别设备对周边环境实时拍照和录像，通过相机通讯单元传输至中央控制处理器；

4)中央控制处理器接收照片和视频，对人员或车辆与存储的特征相比对，判断是否为可疑目标，如果特征符合则判断为非可疑目标，继续接收相机视觉目标识别设备的照片和录像，如果特征不符合则判断为可疑目标，进入步骤5)；

5)中央控制处理器发送指令至毫米波雷达，毫米波雷达搜索可疑目标的距离和角度，实时返回至中央控制处理器；

6)履带行走机构停止移动，中央控制处理器解算可疑目标的距离和角度，转换成旋转机构和俯仰机构的角度，将角度发送至伺服驱动电路；

7)伺服驱动电路分别驱动旋转机构和俯仰机构调整角度，使得预警装置瞄准可疑目标；

8)中央控制处理器控制预警装置发出警告信号，实现实时化定位预警。

7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，在步骤4)中，中央控制处理器接收照片和视频，对人员或车辆与存储的特征相比对，判断是否为可疑目标，包括以下步骤：

a)处理器通讯单元接收相机视觉目标识别设备传输来的照片和视频，传输至控制单元；

b)控制单元对传送过来的照片和视频寻找特征，并与存储的特征进行比对，来判断是否为可疑目标，如果特征符合则判断为非可疑目标，如果特征不符合则判断为可疑目标；

c)控制单元通过处理器通讯单元传输指令至毫米波雷达设备。

8.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，在步骤5)中，毫米波雷达搜索可疑目标的距离和角度，实时返回至中央控制处理器，包括以下步骤：

a)发射天线将连续波信号发出，遇到可疑目标后返回，由接收天线接收；

b)接收天线通过对应的接收混频器，对信号放大和零中频混频接收，然后馈入至信号处理器；

c)信号处理器计算目标的距离和角度；

d)通过雷达通讯单元输出至中央控制处理器。