CN109696670A - 一种机器人狙击手的探测与处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人狙击手的探测与处理装置。该装置包括信号探测模块、信号处理模块和移动终端，其中：信号探测模块包括红外探测器和超宽谱生物雷达探测器，该模块获取来自目标反射的红外辐射信号和回波信号，并提取目标的相对距离、径向速度、角度信息；信号处理模块包括复合处理模块、跟踪模块、信息传输模块，复合处理模块将来自信号探测模块的数据进行数据关联和数据融合实现信息互补，得出目标的位置；跟踪模块对目标的位置进行跟踪和轨迹预测，更新目标的状态；信息传输模块将目标信息传输至移动终端；移动终端选择人工干预或自动发射的发射模式。本发明能够对隐蔽的威胁性目标进行全天候自动定位、自动跟踪、自动击发，具有高度智能化优点。

Description

一种机器人狙击手的探测与处理装置

技术领域

本发明涉及机器人狙击手技术领域，特别是一种机器人狙击手的探测与处理装置。

背景技术

狙击手是如今地面作战行动中不可或缺的重要角色。在军事作战、监狱安保、反恐行动中，狙击常常是战斗行动决定性的关键因素。而产生一名优秀的狙击手需要高昂的培训成本、较长的训练周期，这在很大程度上制约了军队和特警部队狙击手的编制数量，在快速扩军或部队人员损失较为严重时，更是成为人力资源上的瓶颈。为了解决这一瓶颈，采用智能化的机器人狙击手十分必要。

2013年底，美国Tracking Point公司公布了一款配置微型火控计算机的新型远程狙击枪，为狙击手提供“标签锁定”以及“制导扳机”等智能化技术，实现远距离首发精确命中。这款智能狙击枪还配置了Wifi天线和IOS软件系统，狙击手可以使用iPhone或iPad等移动智能终端作为观测和瞄准装置，该狙击枪打击精度很高，但是要把它作为作战武器，还存在以下几点明显不足：(1)狙击手只能通过眼力观察敌方目标，无法捕捉到隐蔽目标从而实施打击。(2)敌方可以通过狙击步枪的WIFI连接入侵并利用其软件漏洞，改变瞄准计算中的变量，让狙击步枪无端错失目标或者永久关闭计算机，甚至不让其开火，抗干扰性能不强。(3)狙击手必须按下扳机才能开火，所以还是需要狙击手操作，并不能真正做到减少人员支出。(4)价格昂贵，大量引进不符合我国国情。

2015年12月，DARPA开发出一种智能瞄准器。这种智能瞄准器通过在枪管或瞄准镜上安装基于Linux的计算系统，可以对风速、移动障碍物、武器最大杀伤范围等进行计算。在经过计算和调整后，只要目标处于武器的杀伤范围内，那么子弹一定会发射到准星瞄准的那个位置。但是这种瞄准器也捕捉不到隐蔽的威胁性目标，且瞄准镜度容易受到恶劣天气和环境亮度的影响，其计算系统的计算时间加上人脑的反应时间也可能会使狙击手错过最佳的射击时机。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机器人狙击手的探测与处理装置，从而对威胁性目标尤其是隐蔽的威胁性目标进行全天候自动定位、自动跟踪、自动击发。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种机器人狙击手的探测与处理装置，该装置包括信号探测模块、信号处理模块和移动终端，其中：

信号探测模块包括红外探测器和超宽谱生物雷达探测器，信号探测模块用于获取来自目标反射的红外辐射信号和回波信号，并进行滤波、放大处理以提取目标的相对距离、径向速度、角度信息；

信号处理模块包括复合处理模块、跟踪模块、信息传输模块，复合处理模块将来自信号探测模块的数据进行数据关联和数据融合实现信息互补，得出目标的位置；跟踪模块用于对目标的位置进行跟踪和轨迹预测，更新目标的状态；信息传输模块将目标信息传输至移动终端，

移动终端用于选择发射模式，其中发射模式包括人工干预和自动发射两种模式，前者由终端处工作人员判断并决定目标是否需要被射击，后者由机器人狙击手自行确定目标位置后击发。

进一步地，所述红外探测器包括红外探头和红外信号处理芯片，通过红外探头中菲涅尔透镜将人体的红外辐射信号增强，然后聚集到热释电元件上转化成电信号，该电信号再通过低通滤波电路，滤除高频干扰噪声，滤波后信号送入红外信号处理芯片进行处理，从而输出红外判决信号。

进一步地，所述超宽谱生物雷达探测器包括超宽谱生物雷达和数字信号处理芯片，超宽谱生物雷达通过脉冲振荡器产生脉冲信号，该信号触发电磁脉冲发生器产生窄脉冲并通过发射天线辐射出去，反射信号经过接收天线送到取样积分器，由脉冲振荡器产生的信号经过延时电路产生距离门，距离门对接收信号进行选择，所选择的信号通过积分电路进行脉冲积累得到检测信号，对该检测信号进行放大滤波后，经采集卡进行采样，采样后信号送入数字信号处理芯片进行处理，从而输出回波判决信号。

进一步地，所述复合处理模块接收来自红外探测器的红外判决信号以及超宽谱生物雷达探测器的回波判决信号，根据红外判决信号得到角度信息，根据回波判决信号得到相对距离、径向速度信息，将相对距离、径向速度、角度信息进行数据关联，并判断红外判决信号、回波判决信号是否源于同一目标，如果二者源于同一目标则进行数据融合，实现数据对准、互联、目标航迹滤波、预测，得到目标的准确位置，并将其送入跟踪模块。

进一步地，所述跟踪模块采用基于卡尔曼滤波的多目标跟踪算法，根据跟踪算法更新目标状态。

进一步地，所述信息传输模块用于传输目标方位信息，通过WIFI、蓝牙或有线传输的方式将实时的目标方位信息传输至移动终端。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)根据红外探头和超宽谱生物雷达提取目标相关信息，尤其对隐蔽目标最为适用；红外探测系统具有较高的分辨率和很短的响应时间(基本上是实时响应)，探测距离远，定位精度高；采用无源探测、被动接收的方式，工作隐蔽，不易受电子干扰；(2)超宽谱生物雷达非接触、穿透力强、受天气(云雾、雷雨、风暴等)影响小，可以全天候精确定位，具有高距离分辨率和强目标识别能力；(3)信息传输模式具有选择性，应用于对抗性战斗时具有很好的数据保密性、安全性以及抗干扰性，不具有安全漏洞，大大降低了敌方侵占摧毁我方狙击系统的风险。

附图说明

图1为本发明机器人狙击手的探测与处理装置的系统结构框图。

图2为本发明中红外探测器的工作框图。

图3为本发明中超宽谱生物雷达探测器工作框图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的示例性实施方式进行详细描述。对示例性实施方式的描述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。

针对军事对抗人员伤亡惨重、监狱看守工作负担大、边境入侵、恐怖主义等问题，本发明提供了一种可以用于对威胁性目标尤其是隐蔽的威胁性目标实现自动定位、自动跟踪、自动击发的机器人狙击手的探测与处理模块，其通过生物雷达和红外探头对目标进行测速、测距、测角，从而实现全天候精确定位目标。然后将数据信息进行融合传输至跟踪模块，最后通过WIFI、蓝牙或者有线将目标方位信息传输至移动智能终端，终端可以设置人工干预和自动发射两种模式。具有可以对威胁性目标尤其是隐蔽的威胁性目标全天候自动定位、自动跟踪、自动击发的高度智能化优点。

本发明机器人狙击手的探测与处理装置，该装置包括信号探测模块、信号处理模块和移动终端，其中：

信号探测模块包括红外探测器和超宽谱生物雷达探测器，信号探测模块用于获取来自目标反射的红外辐射信号和回波信号，并进行滤波、放大处理以提取目标的相对距离、径向速度、角度信息；

信号处理模块包括复合处理模块、跟踪模块、信息传输模块，复合处理模块将来自信号探测模块的数据进行数据关联和数据融合实现信息互补，得出目标的位置；跟踪模块用于对目标的位置进行跟踪和轨迹预测，更新目标的状态；信息传输模块将目标信息传输至移动终端，

移动终端用于选择发射模式，其中发射模式包括人工干预和自动发射两种模式，前者由终端处工作人员判断并决定目标是否需要被射击，后者由机器人狙击手自行确定目标位置后击发。

进一步地，所述红外探测器包括红外探头和红外信号处理芯片，通过红外探头中菲涅尔透镜将人体的红外辐射信号增强，然后聚集到热释电元件上转化成电信号，该电信号再通过低通滤波电路，滤除高频干扰噪声，滤波后信号送入红外信号处理芯片进行处理，从而输出红外判决信号。

进一步地，所述超宽谱生物雷达探测器包括超宽谱生物雷达和数字信号处理芯片，超宽谱生物雷达通过脉冲振荡器产生脉冲信号，该信号触发电磁脉冲发生器产生窄脉冲并通过发射天线辐射出去，反射信号经过接收天线送到取样积分器，由脉冲振荡器产生的信号经过延时电路产生距离门，距离门对接收信号进行选择，所选择的信号通过积分电路进行脉冲积累得到检测信号，对该检测信号进行放大滤波后，经采集卡进行采样，采样后信号送入数字信号处理芯片进行处理，从而输出回波判决信号。

进一步地，所述复合处理模块接收来自红外探测器的红外判决信号以及超宽谱生物雷达探测器的回波判决信号，根据红外判决信号得到角度信息，根据回波判决信号得到相对距离、径向速度信息，将相对距离、径向速度、角度信息进行数据关联，并判断红外判决信号、回波判决信号是否源于同一目标，如果二者源于同一目标则进行数据融合，实现数据对准、互联、目标航迹滤波、预测，得到目标的准确位置，并将其送入跟踪模块。

进一步地，所述跟踪模块采用基于卡尔曼滤波的多目标跟踪算法，根据跟踪算法更新目标状态。

进一步地，所述信息传输模块用于传输目标方位信息，通过WIFI、蓝牙或有线传输的方式将实时的目标方位信息传输至移动终端。

实施例1

在本发明的一个优选的实施例中，一种机器人狙击手的探测与处理装置，包括信号探测模块、信号处理模块和移动终端，其中：

信号探测模块用于获取来自目标反射的红外辐射信号和回波信号，并进行滤波、放大等处理以提取目标相关信息，包括目标的相对距离、径向速度、角度信息(方位角俯仰角)等；复合处理模块用于将来自信号探测模块的数据进行数据关联和数据融合实现信息互补，给出目标估计的准确位置；跟踪模块用于对目标的位置进行跟踪和轨迹预测，更新目标的状态。信息传输模块用于将目标信息传输至移动终端；移动终端用于选择发射模式，其中发射模式包括人工干预和自动发射两种模式，前者由终端处工作人员判断并决定目标是否需要被射击，后者由机器人狙击手自行确定目标位置后击发。。

信号探测模块包括红外探测器和超宽谱生物雷达探测器，红外探测器由红外探头和红外信号处理芯片组成，通过菲涅尔滤光片将人体的红外辐射信号增强后聚集到热释电元件上转化成电信号，该信号再通过低通滤波电路，滤除高频干扰噪声，滤波后信号送入信号处理芯片通过两级运算放大器实现二级放大，由电压比较器将该信号与基准值进行比较输出判决信号。超宽谱生物雷达探测器由超宽谱生物雷达和信号处理芯片组成，通过脉冲振荡器产生脉冲信号，该信号触发电磁脉冲发生器产生窄脉冲并通过发射天线辐射出去，反射信号经过接收天线送到取样积分器，由脉冲振荡器产生的信号经过延时电路产生距离门，对接收信号进行选择，信号通过积分电路，经过脉冲积累后检测出微弱信号，进行放大滤波后，经采集卡进行采样，采样后信号送入信号处理芯片进行处理，首先按时间域和空间域进行分解、重构，合成含有时间信息的目标回波信号和含有空间信息的距离信号，然后采用有限冲激响应低通数字滤波器去除高频干扰，对滤波后信号采用数字微分器去除直流漂移干扰，最后进行能量积累，从而判别人体目标。

复合处理模块结合雷达高精度距离信息和红外高精度角度信息进行数据关联，滤除杂波和虚警，利用来自生物雷达、红外具有相似性的量测来判断其是否源于同一目标，再进行数据融合，实现数据对准、互联、目标航迹滤波、预测，给出目标估计的准确位置，并将其送入跟踪模块。

跟踪模块用于根据特定的跟踪算法更新目标状态，跟踪算法的选择直接影响整个系统的跟踪精度。

信息传输模块用于传输目标方位信息，通过WIFI、蓝牙、有线传输等方式将实时的目标方位信息传输至移动智能终端，终端可以设置两种工作状态，一种是自动击发状态，不需要人工干预，机器人狙击手确认目标位置后立即向目标发起攻击，另一种是人工判断是否击发状态，工作人员通过确认决定是否发起攻击。

根据本发明的所示出的实施例，参照图1所示，提供一种机器人狙击手的探测与处理模块，包括信号探测模块、复合处理模块、跟踪模块、信息传输模块；信号探测模块用于获取来自目标反射的红外辐射信号和回波信号，并进行滤波、放大等处理以提取目标相关信息，包括目标的相对距离、径向速度、角度信息(方位角俯仰角)等；复合处理模块用于将来自信号探测模块的数据进行数据关联和数据融合实现信息互补，给出目标估计的准确位置；跟踪模块用于对目标的位置进行跟踪和轨迹预测，更新目标的状态。信息传输模块用于将目标信息传输至终端，终端可以设置人工干预和自动发射两种模式，前者由终端处工作人员判断并决定目标是否需要被瞄准射击，后者由机器人狙击手自行瞄准后击发。

需要强调的是，信号探测模块采用红外和超宽谱生物雷达两种传感器，前者能够获得精确的测角信息，但是对目标距离信息不可测，后者能够获得目标的测角、测距信息，但其测角精度较差，因此单独应用红外或者雷达很难满足全面、精确跟踪要求。

雷达工作时要向外辐射大功率电磁波，易暴露自身位置、遭受电磁干扰以及被反辐射导弹攻击；红外作用距离小、受气候影响大，红外和雷达在跟踪性能上具有很强的互补性，因此信号探测模块综合利用这两种传感器的优点。

如图2所示红外探测器的工作框图，本发明采用直径为25mm，焦距为15mm，感应角度为120°的菲涅尔透镜聚焦红外信号，采用工作波长为7～14微米，噪声电压小于200mV，灵敏度为3300～4000V/W的热释电红外传感器将聚焦的红外信号转化为电信号输出，输出的电信号再通过低通滤波电路，滤除高频干扰噪声，最后滤波后信号被送入BIS0001芯片中进行放大、比较从而输出判决信号。

如图3所示超宽谱生物雷达探测器的工作框图，超宽谱生物雷达采用冲激脉冲体制，中心频率为4.3GHz，带宽为1.4GHz，脉冲重复频率为10MHz，脉冲间隔为100ns，信号经积分、放大滤波、采样等处理后输入至DSP2812芯片进行处理。首先采用滑窗累积法对采样后的距离信号进行隔点积分，将积分后信号按时间和空间两个域进行分解、重构，合成含有时间信息的目标回波信号和含有空间信息的距离信号；然后对于目标回波信号采用参数合适的有限冲激响应低通数字滤波器去除高频干扰，对于滤波后信号，采用数字微分器去除直流漂移干扰；最后在距离信号上寻找过零点，将过零点处的信号幅值在时间上累加，从而判别人体目标。

需要强调的是，目标回波信号反映的是对应距离点上的信号幅值随时间变化的情况，而距离信号则为同一时刻不同距离上的各点的幅值组成的序列。

复合处理模块结合雷达高精度距离信息和红外高精度角度信息进行数据关联，滤除杂波和虚警，利用来自生物雷达、红外具有相似性的量测来判断其是否源于同一目标，再进行数据融合，实现数据对准、互联、目标航迹滤波、预测，给出目标估计的准确位置，并将其送入跟踪模块。

跟踪模块用于根据特定的跟踪算法更新目标状态，跟踪算法的选择直接影响整个系统的跟踪精度，本发明采用基于卡尔曼滤波的多目标跟踪算法，可以实时、有效地跟踪多个运动目标，并且能够较好的解决目标遮挡问题。

信息传输模块用于传输目标方位信息，通过WIFI、蓝牙、有线传输等方式将实时目标方位信息传输至移动智能终端，终端可以设置两种工作状态，一种是自动击发状态，不需要人工干预，机器人狙击手瞄准目标后立即攻击目标，另一种是人工判断是否击发状态，工作人员通过确认决定是否进行发起攻击。

综上，本发明狙击系统采用远程控制技术，实现狙击手和枪的分离，在狙击行动展开前先将狙击手机器人安置在一定隐蔽的、有效的位置，可以对其实行远程遥控，降低了狙击行动本身对狙击手的技能要求，一般人员也可以控制，同时还在很大程度上减小了传统作战中狙击手的心理压力因素所造成的影响，这对于提高狙击效果来说是很有帮助的，即使在作战过程中，狙击手机器人被摧毁，也不会存在己方的狙击人员伤亡，这对于未来狙击作战是一种极好的创新。

虽然参照示例性实施方式对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不局限于文中详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离权利要求书所限定的范围的情况下，本领域技术人员可以对所述示例性实施方式做出各种改进或变型。

Claims (6)

1.一种机器人狙击手的探测与处理装置，其特征在于：该装置包括信号探测模块、信号处理模块和移动终端，其中：

信号探测模块包括红外探测器和超宽谱生物雷达探测器，信号探测模块用于获取来自目标反射的红外辐射信号和回波信号，并进行滤波、放大处理以提取目标的相对距离、径向速度、角度信息；

信号处理模块包括复合处理模块、跟踪模块、信息传输模块，复合处理模块将来自信号探测模块的数据进行数据关联和数据融合实现信息互补，得出目标的位置；跟踪模块用于对目标的位置进行跟踪和轨迹预测，更新目标的状态；信息传输模块将目标信息传输至移动终端，

移动终端用于选择发射模式，其中发射模式包括人工干预和自动发射两种模式，前者由终端处工作人员判断并决定目标是否需要被射击，后者由机器人狙击手自行确定目标位置后击发。

2.根据权利要求1所述的机器人狙击手的探测与处理装置，其特征在于：所述红外探测器包括红外探头和红外信号处理芯片，通过红外探头中菲涅尔透镜将人体的红外辐射信号增强，然后聚集到热释电元件上转化成电信号，该电信号再通过低通滤波电路，滤除高频干扰噪声，滤波后信号送入红外信号处理芯片进行处理，从而输出红外判决信号。

3.根据权利要求1所述的机器人狙击手的探测与处理装置，其特征在于：所述超宽谱生物雷达探测器包括超宽谱生物雷达和数字信号处理芯片，超宽谱生物雷达通过脉冲振荡器产生脉冲信号，该信号触发电磁脉冲发生器产生窄脉冲并通过发射天线辐射出去，反射信号经过接收天线送到取样积分器，由脉冲振荡器产生的信号经过延时电路产生距离门，距离门对接收信号进行选择，所选择的信号通过积分电路进行脉冲积累得到检测信号，对该检测信号进行放大滤波后，经采集卡进行采样，采样后信号送入数字信号处理芯片进行处理，从而输出回波判决信号。

4.根据权利要求1、2或3所述的机器人狙击手的探测与处理装置，其特征在于：所述复合处理模块接收来自红外探测器的红外判决信号以及超宽谱生物雷达探测器的回波判决信号，根据红外判决信号得到角度信息，根据回波判决信号得到相对距离、径向速度信息，将相对距离、径向速度、角度信息进行数据关联，并判断红外判决信号、回波判决信号是否源于同一目标，如果二者源于同一目标则进行数据融合，实现数据对准、互联、目标航迹滤波、预测，得到目标的准确位置，并将其送入跟踪模块。

5.根据权利要求4所述的机器人狙击手的探测与处理装置，其特征在于：所述跟踪模块采用基于卡尔曼滤波的多目标跟踪算法，根据跟踪算法更新目标状态。

6.根据权利要求1所述的机器人狙击手的探测与处理装置，其特征在于：所述信息传输模块用于传输目标方位信息，通过WIFI、蓝牙或有线传输的方式将实时的目标方位信息传输至移动终端。