CN111006650A - 地面观察哨侦察预警系统 - Google Patents

Abstract

为了解决传统的观察哨存在错情、漏情多，信息通报时效性差的技术问题，本发明提供了一种地面观察哨侦察预警系统，采用目标跟踪数据录取便携装置获取空情信息，“观察哨”使用目标跟踪数据录取便携装置，可获取空情(BD(北斗)/GPS坐标、目标方位角、俯仰角、时间、距离等信息)，支持一键发送，并通过多种通信手段(民网、超短波通信系统)将空情信息单向传输至数据处理单元，由数据处理单元进行对多个“观察哨”对应的空情信息进行融合，得到飞行目标航迹态势，再将飞行目标航迹态势传至雷达，完成与现有雷达预警系统监测空域衔接，实现对空情信息的快速响应。

Description

地面观察哨侦察预警系统

技术领域

本发明属于低空/超低空探测领域，涉及地面观察哨侦察预警系统。

背景技术

目前，空中目标预警信息主要来自预警雷达、空中预警机等装备情报融合后的综合预警信息。由于受电磁辐射特性、地球曲率、阵地地形等客观因素限制，地基雷达对低空/超低空突防的飞机、无人机等目标侦察探测预警距离有限，特别受山区地形遮蔽的影响时，地基雷达对300米以下甚至3000米以下空中目标的空情基本无法保障。

目前，主要通过在雷达侦察探测盲区等区域部署观察哨的方法解决低空/超低空目标侦察探测问题，受人员数量、交通工具等限制，通常在距制导雷达30-80公里范围内建立对空观测网。传统的观察哨主要依靠人耳判断低空目标的声源方向，使用望远镜对空中目标进行观察，通过指北针、GPS(北斗)定位仪大致确定空中目标的来袭方位(但无法确定空中目标的高度)，发现并判明空情后，按照预先规定的程序和方法向指挥所通报目标概略信息，缺乏有效的信息录取、传输、融合和接入信息系统的自动化手段，这种靠目视、耳听、经验估计、口传、人工标图、手工打码录入的方式存在错情、漏情多，目标定位精度低，信息通报时效性差等缺点。

发明内容

为了解决传统的观察哨存在错情、漏情多，信息通报时效性差的技术问题，本发明提供了一种地面观察哨侦察预警系统。

本发明的技术方案是：

地面观察哨侦察预警系统，其特殊之处在于：包括空情信息采集录取便携装置、超短波通信系统、基于民网的空情信息传输一体化系统、第一本地数据库、信息单向传输设备和数据处理单元；

所述空情信息采集录取便携装置用于获取目标的空情数据，并通过所述超短波通信系统和/或所述基于民网的空情信息传输一体化系统将所获取的空情数据发送并存储在所述第一本地数据库中；

所述信息单向传输设备从所述第一本地数据库中读取空情数据，并发送至所述数据处理单元；

所述数据处理单元用于对接收到的空情数据进行处理，生成航迹信息并输出。

进一步地，所述空情信息采集录取便携装置包括望远镜、与所述望远镜配合使用的目标跟踪数据录取便携装置；

所述目标跟踪数据录取便携装置包括壳体、设置在壳体内的九轴角度传感器、定位模块、微处理器、对外数据接口模块，语音播报模块以及设置在壳体外的按键模块和指示灯模块；

九轴角度传感器用于获取光学望远镜相对于低空目标的俯仰角与水平方位角，并发送给微处理器；

定位模块用于获取光学望远镜当前的地理坐标，并发送给微处理器；

微处理器用于根据定位模块与九轴角度传感器输出的数据，生成空情综合数据，并按照通信双方约定的报文格式对空情综合数据进行加密；

对外数据接口模块用于将微处理器加密后的数据，通过无线短波通信设备或手机移动公网，发送至后端指控系统；

语音播报模块与微处理器相连，用于设备当前状态的语音播报；

按键模块与微处理器相连，用于用户指令的输入；

指示灯模块与微处理器相连，用于设备当前状态显示；

还包括运行在微处理器上的计算机程序，用于实现以下步骤：

1)接收九轴角度传感器与定位模块发送的数据；

2)根据九轴角度传感器获取的数据，解算目标距离：

2.1)将目标的方位角数据按照逻辑曲线拟合，找出中间方位角的角度theta_max；

2.2)利用中间方位角的角度theta_max、时间、估计的目标初速度，计算航路捷径

2.3)利用航路捷径r预测目标的方位角数据，重新估计目标的线速度；

2.4)根据航路捷径r以及步骤2.3)重新估计的目标的线速度，计算目标距离；

3)对步骤1)接收到的数据以及步骤2)解算出的目标距离，按指定数据格式进行数据封装，得到状态报和数据报；所述状态报和数据报的长度均在20字节内；

4)按固定时间间隔，将所述状态报和数据报通过电台或民用网络发送至所述第一本地数据库。

进一步地，所述基于民网的空情信息传输一体化系统包括云端数据汇集服务软件、云端数据库和远程数据管理软件；

云端数据汇集服务软件用于实时监听网络通信端口，若监听到有目标跟踪数据录取便携装置的连接请求，则会为当前连接创建线程来处理空情数据，线程中会将空情数据进行解析，解析完成后再将数据存储到所述云端数据库；

远程数据管理软件用于从云端数据库中下载数据至所述第一本地数据库中。

进一步地，所述基于民网的空情信息传输一体化系统还包括智能终端以及搭载在智能终端上的空情信息智能终端采集软件；

所述智能终端用于获取目标的空情数据；

所述空情信息智能终端采集软件用于向观测者提供人机界面，实现参数设置、空情数据发送。

进一步地，所述信息单向传输设备包括QR码生成软件、光学摄像头、QR码扫描与数据存储转发软件、第二本地数据库；

QR码生成软件用于访问所述第一本地数据库，将第一本地数据库中存储的数据按照编码规则生成QR码；

QR码扫描与数据存储转发软件通过所述光学摄像头，对所述QR码进行扫描识别、解码后转发至所述数据处理单元和所述第二本地数据库。

进一步地，所述数据处理单元包括信息接入中间件软件、信息融合系统软件和管理控制系统；

信息接入中间件软件通过UDP通信获取探测器上报的空情信息，对其进行误差分析、滤波处理后，发送至所述信息融合系统软件；

信息融合系统软件对收到的数据进行定位、关联、融合处理，生成综合航迹并显示；

信息接入中间件软件通过KNet平台将所述综合航迹按照GJB5779报文格式发送给上级指挥信息系统；

管理控制系统用于进行中心雷达站、目标跟踪数据录取便携装置参数的配置。

进一步地，步骤2)中所述的指定状态报格式如下：

报文类型及站号：最高位表示报文类型，低7位表示站号：01-99；

本站经度：用GPS或北斗原始格式，度分，小数点后保留4位；

本站纬度：用GPS或北斗原始格式，度分，小数点后保留4位；

本站海拔：用GPS或北斗原始格式，采用GPS导航定位的NMEA_0183标准格式XXXX米；

捕获日期：yyyyMMdd；

捕获时间：hhmmss；

步骤2)中所述的数据报格式如下：

报文类型及站号：最高位表示报文类型，低7位表示站号：01-99；

目标距离：XXXXX米；

目标磁方位角：0～360°，dddmm(度分)；

目标高低角：-60～90°，ddmm(度分)；

批号：01-99，顺序自然起批；

捕获日期：yyyyMMdd；

捕获时间：hhmmss

保留字节：第0～1位表示目标机型，第2～3位表示目标架数，第4位表示目标后方有无尾随。

进一步地，所述按键模块包括机型选择按键、地磁校准按键、数据发送按键、距离选择按键。

进一步地，所述指示灯模块包括地磁校准状态指示灯、数据发送状态指示灯、机型状态指示灯、定位模块工作状态指示灯。

进一步地，所述管理控制系统还用于布站规划，具体方法为：

步骤1.分析并绘制出中心站雷达遮蔽角图；

步骤2.标示出遮蔽区域作为I类布站基础区域；

步骤3.用地球曲率盲区公式解算出II类布站基础区域；

距离

H₁为目标高度，H₂为雷达天线高度，D₁为目视发现目标的最近距离；

步骤4.在布站基础区域，即区域I+区域II内选择观察哨位置遵循以下准则：

(1)配置在中心站雷达责任扇区内；

(2)配置在重点威胁方向；

(3)配置在制高点位置；

(4)配置在倚坡/高向原/低的位置；

(5)优先配置在谷地两侧，优先配置在铁路或公路旁1公里范围内；

(6)左右配置间隔小于目视发现目标的距离，大于目标发现小型目标的距离；

(7)前后配置间隔小于目视发现目标的距离的2倍，大于目视发现小型目标的距离。

本发明具有如下有益效果：

1.本发明所提供的地面观察哨侦察预警系统采用目标跟踪数据录取便携装置获取空情信息，“观察哨”使用目标跟踪数据录取便携装置，可获取空情(BD(北斗)/GPS坐标、目标方位角、俯仰角、时间、距离等信息)，支持一键发送，并通过多种通信手段(民网、超短波通信系统)将空情信息单向传输至数据处理单元，由数据处理单元进行对多个“观察哨”对应的空情信息进行融合，得到飞行目标航迹态势，再将飞行目标航迹态势传至雷达，完成与现有雷达预警系统监测空域衔接，实现对空情信息的快速响应。

2.本发明除了采用目标跟踪数据录取便携装置获取空情信息外，还可采用智能终端获取空情信息。

3.本发明具有多元侦察探测器站点部署规划功能，能够结合地理信息系统自动分析地面防空系统预警侦察探测盲区，针对多元侦察探测传感器精度不同的特点，智能规划侦察探测器配置位置，明确各型侦察探测设备侦察探测区域，通过高低搭配、数据融合等手段，在保证合理精度的前提下实现作战区域目标侦察探测无死角盲区。

4.本发明利用低空/超低空目标明显的光学、声学等特征，利用光学望远镜发现并跟踪目标，不受电磁干扰、虚假目标、电子干扰等的影响，具有不依赖主动电磁辐射侦察探测目标的特点，能够在无线电静默的状态下，可有效规避电子干扰、反辐射压制等威胁，持续监测重点空域，能够作为雷达等有源侦察探测设备的重要补充手段。

5.利用本发明组建近方情报网，通过分布式配置，确保覆盖主要探测方向，克服了雷达预警侦察探测网易受电子干扰和反辐射压制，有效解决了复杂电子对抗环境下低空/超低空目标侦察探测难题。

6.本发明第一本地数据库向数据处理单元单向接入，可支持非保密网络信息向数据处理单元实时、安全的单向接入。

7.使用本发明中的目标跟踪数据录取便携装置观测目标时，观测者视线不需要离开目标即可同时操作按键以设置目标信息，因此可实现持续、不间断观测，保证了观测数据的准确性。

8.本发明中的目标跟踪数据录取便携装置由于使用了光学望远镜，因此视距较远，对于大型客机等目标而言，观测距离较远，可以满足预警需求。

9.本发明在目标跟踪数据录取便携装置的结构上预留有机械接口，使得本发明可安装在操作架(例如三角架)上进行观测，避免了因人体手臂抖动而影响观测数据准确性的情况发生。

10.本发明中将光学望远镜和信息采集录取单元设计为可拆分式，便于数据采集录取单元与各型号的光学望远镜结合，普适性好。

11.本发明采用光学望远镜+导航/定位+九轴角度传感器集成以获取空情信息的创新思路，整合低空探测监视的权威标准与做法，将高端探测设备的核心功能与低端观瞄器材的简便低价融合集成，既具备高端产品重要功能，又具有低端产品简便操作的低成本中端设备，弥补了高低端产品各自缺陷，是一个利用现代空间信息和先进通信网络，低成本升级改造老旧设备、降费增效的典范，具有极大的市场价值和经济效益。

12.本发明目标跟踪数据录取便携装置外发的报文有两种：状态报和数据报，这两种报文的长度均控制在20字节内，对于无线短波通信150字节的数据传送宽度同时支持6个设备收发是完全满足的。

附图说明

图1是本发明地面观察哨侦察预警系统的原理框图。

图2a是本发明中空情信息采集录取便携装置中目标跟踪数据录取便携装置的设计框图。

图2b是本发明中目标跟踪数据录取便携装置的工作原理示意图。

图2c是本发明中目标跟踪数据录取便携装置的硬件连接关系图。

图2d是本发明中空情信息目标跟踪数据录取便携装置的软件总体流程。

图2e是本发明中目标跟踪数据录取便携装置寻磁北流程。

图2f是本发明空情信息采集录取便携装置的外观图。

图2g是本发明空情信息采集录取便携装置中夹装式支架的结构示意图。

图2h是本发明空情信息采集录取便携装置中夹装式支架的爆炸图。

图2i是本发明空情信息采集录取便携装置中光学望远镜与装夹式支架装配后的外观图。

图2j是目标跟踪数据录取便携装置与光学望远镜装配过程示意图。

图2k是本发明空情信息采集录取便携装置另一实施例的外观图。

图3是本发明中基于民网的空情信息传输一体化系统的数据传输示意图。

图4是本发明中信息单向传输设备的原理示意图。

图2f-2j中的附图标记：

1-目标跟踪数据录取便携装置；11-滑轨；2-装夹式支架；21-手拧螺钉一；22-螺母；23-上夹；24-下夹；25-卡块；26-预紧弹簧；27-手拧螺钉二；28-锯齿结构；29-滑块；3-光学望远镜；4-柔性连接线；5-壳体；51-左壳体；52-右壳体；53-观察窗口。

具体实施方式

如图1所示，本发明实施例所提供的地面观察哨侦察预警系统，包括空情采集录取便携装置、超短波通信系统、基于民网的空情信息采集传输一体化系统、第一本地数据库、信息单向传输设备和数据处理单元。

一、空情信息采集录取便携装置

空情信息采集录取便携装置包括望远镜和与光学望远镜或光电望远镜配合使用的目标跟踪数据录取便携装置；

如图2a所示，目标跟踪数据录取便携装置由六部分组成，包括微处理器(MCU)、定位模块(例如北斗/GPS)、九轴角度传感器、对外数据接口模块(例如RS-422和/或RS232)、WIFI模块、电源模块以及按键、指示灯模块。

当光学望远镜视场中发现低空目标，九轴角度传感器即获取光学望远镜当前相对于低空目标的俯仰角与水平方位角并输出。定位模块通过北斗/GPS信号获取操作人员当前的精准地理坐标并输出。微处理器接收定位模块与九轴角度传感器输出的数据并进行处理，形成空情综合数据，然后，微处理器按照指定报文格式对空情综合数据进行加密，经由对外数据接口模块、通过无线短波通信设备或手机移动公网，直接发送至后端指控系统。按键、指示灯模块配合相应模块(定位模块、九轴角度传感器、对外数据接口模块)对外围数据接收并对其进行传输，实现状态显示。电源模块为整套系统供电。

(一)硬件设计

如图2b-2c所示，定位模块和九轴角度传感器将获取到的数据发送给微处理器，用户通过按压相应的按键进行空情信息(架数、机型、尾随、距离)的设置，每个按键都有相应的指示灯方便用户确认是否设置正确；数据发送指示灯变亮时，相应数据通过对外数据接口模块(RS422)传至电台设备。当数据发送指示灯变亮时，MCU也可将相应数据通过UART发送给WIFI模块，再由WIFI模块传至无线通信设备或移动公网。

按键或按键组合至少应对应表现4种机型、4种架数、3种距离、发送和校准功能，指示灯至少应包括地磁校准指示、发送指示、3种距离指示、4种机型指示、4种架数指示和GPS信号指示。本实施例设计了三个距离发送键，分别为“近距&发送”、“中距&发送”和“远距&发送”键，这三个按键被按下时，既选择了目标的距离同时也启动了发送。设置机型的按键有两个，对这两个按键进行排列组合可以设置4种机型。设置架数的按键有两个，对这两个按键进行排列组合可以设置4种架数。

1.1微处理器(MCU)

微处理器主要用于处理定位模块和九轴角度传感器所采集到的数据。微处理器可以选用32位微处理器芯片，完全可以满足要求。也可以选择符合要求的其他位数微处理器。

1.2九轴角度传感器

九轴角度传感器用于获取光学望远镜(即当前观测点)相对低空目标的俯仰角和水平方位角，并通过串口发送给微处理器。九轴角度传感器可选用包含3轴加速度传感器、3轴磁传感器和3轴陀螺仪的9自由度传感器，通过九轴角度传感器内置的算法(九轴角度传感器出厂时即有，包括稳健的姿态解算、误差动态估计和自主航位稳定算法)，确保能够实时输出高精度姿态信息。

九轴角度传感器采用右手(RH，Right-Hand)坐标系，输出的四元数及欧拉角为惯性坐标系(世界坐标系)至传感器坐标系的旋转。其中，欧拉角旋转顺序为ZYX(也称321)旋转顺序，欧拉角具体定义如下：

1)绕Z轴方向旋转：航向角\Yaw\phi(ψ)范围：-180°～180°

2)绕Y轴方向旋转：俯仰角\Pitch\theta(θ)范围：-90°～90°

3)绕X轴方向旋转：

范围：-180°～180°。

1.3定位模块

本实施例定位模块选用北斗/GPS，用于获取光学望远镜(即当前观测点)当前地理位置、日期和时间，数据格式采用国际通用的NMEA 0183协议格式，便于与其他标准化观瞄设备配合使用。在其实施例中，定位模块也可选用UBLOX M8模块，提供超长的离线A-GNSS(GPS和GLONASS)功能，支持北斗+GPS+GLONASS模式，功耗低，定位精度高。

定位模块所产生的时间信息与定位信息，通过按压距离按键进行确认后，与低空目标的距离、俯仰角、水平方位角及批号、机型、架数等目标特性信息，按通信双方约定的数据格式加密处理后形成本发明装置的服务数据，通过串口发送给微处理器。

1.4对外数据接口

本实施例对外数据接口采用RS-422和/或RS232标准接口通信，接口联接器采用五芯航空插头，确保工作环境中具有更好的抗噪性、更远的传输距离、更大的传输速率和更高的可靠性。

1.5电源模块

本实施例采用两种方式进行供电：一是采用电池供电，内部电源采用稳压芯片将电源转换至3.3～3.5V，电池可持续使用时间大于5h。二是采用标准micro usb接口供电，同时可对电池充电，内部采用稳压芯片将电源转换至3.3～3.5V。使用时供电方式可进行切换。

1.6按键+指示灯模块

本实施例采用9个按键、10个指示灯，但也可以按照实际需求设计按键和指示灯的功能、数量及布局。按键主要实现距离选择/确认发送、起批、机型、架数、尾随、寻北等功能；指示灯分别对应按键状态及定位模块的工作状态指示，以便使用者能更快速辨别及判断观测目标属性与状态。

(二)软件设计

2.1整体软件流程

本发明通过微处理器搭载嵌入式实时操作系统，进行各项工作任务的处理。如图3所示，设备启动后，首先通过定位模块(北斗/GPS)进行地磁寻北，地磁校准完成后，MCU(微处理器)利用UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发传输器)接收来自九轴角度传感器及定位模块(北斗/GPS)的目标角度和使用者自身的定位数据，由MCU(微处理器)对接收到的数据按指定数据格式进行数据封装，然后通过人为触动发送按键(图2c中的距离&发送*3按键)，微MCU(处理器)将已封装的数据经对外数据接口模块(RS-422和/或RS232)发往后端处理中心。具体工作流程如下：

第一步：设备上电启动；

第二步：设备初始化；

第三步：通过定位模块(北斗/GPS)进行地磁寻北；

第四步：九轴角度传感器、定位模块(北斗/GPS)自动获取数据，用户通过按键手动输入机型、架数、尾随，微处理器按指定的数据格式对输入数据进行数据封装；

第五步：手动按压发送按键，触发自动发送功能，MCU(微处理器)按固定时间间隔，将动态信息发送至后端处理中心；固定时间间隔由本发明中MCU内置的RTC(Real TimeClock，实时时钟)实现。

第六步：结束一个工作周期。

2.2地磁寻北流程

由于各地区地磁场强度及对空观测点周围的磁环境各不相同，因此需要对空观测用户自行寻找自身位置的磁北方向，完成寻北后才能输出有效地磁北极的姿态角信息供微处理器进行数据处理使用。

九轴角度传感器寻定磁北方向时，其内置解算单元将传感器感知到的地磁数据按照椭球拟合算法(参见龙达峰，刘俊，张晓明.基于椭球拟合的三轴陀螺仪快速标定方法[J]仪器仪表学报，2013.6)，将椭球参数作为寻磁北校准值记录下来实现寻北。如图2d所示，寻北校准的步骤如下：

第一步：设备启动后，按下寻磁北按钮，此时寻磁北指示灯闪烁；

第二步：手持设备进行转8字，大约1分钟左右；

第三步：设备停止寻磁北，九轴角度传感器获取寻磁北信息，并发送给MUC(微处理器)；

第四步：MUC(微处理器)解析收到的寻磁北信息，通过寻磁北信息中的寻磁北标志位判断当前寻北是否成功，若失败，则点亮寻磁北指示灯；若成功，则熄灭寻磁北指示灯；这里寻磁北信息的解析方法是九轴角度传感器厂商提供的(例如HI 219)：九轴角度传感器发给MCU的寻磁北信息中有很多信息，其中有一个his_cnt字段，这个字段后面是它的具体数值，本发明是通过该数值来判断寻北是否成功(该值大于0即成功，等于0即失败)；

第五步：人工通过寻磁北指示灯的状态，确认寻磁北是否成功，若成功，则进入第六步；若不成功，则返回第一步；

第六步：结束寻磁北。

2.3数据采集发送

地磁寻北完成后，装置进入工作状态；如图2b所示，装置的数据采集与发送过程如下：

第一步：人工设置机型、架数和批号；

第二步：微处理器自动获取九轴角度传感器数据、定位模块(北斗/GPS)数据并进行目标距离解算；

目标距离解算的具体方法是：

2.1)假设面向飞行物观测，即飞行物从远方向观测者飞来，则方位角将从大到小变化，将目标的方位角数据按照逻辑曲线拟合，找出中间方位角的角度theta_max；

2.2)利用中间方位角的角度theta_max、时间、估计的目标初速度，计算航路捷径

2.3)利用航路捷径r预测目标的方位角数据，重新估计目标的线速度；

2.4)根据航路捷径r以及步骤2.3)重新估计的目标的线速度，计算目标距离；

第三步：微处理器按照指定的数据格式对接收的数据以及解算出的目标距离进行封装，指定的数据格式如下：

第四步：数据封装完成后得到长度均在20字节内的状态报和数据报，人工按下发送按键，通过对外数据接口模块将状态报和数据报发送至后端处理中心；

状态报格式如下：

报文类型及站号：最高位表示报文类型，低7位表示站号：01-99；

本站经度：用GPS或北斗原始格式(度分，小数点后保留4位)；

本站纬度：用GPS或北斗原始格式(度分，小数点后保留4位)；

本站海拔：用GPS或北斗原始格式，采用GPS导航定位的NMEA_0183标准格式XXXX米；

捕获日期：yyyyMMdd；

捕获时间：hhmmss；

数据报格式如下：

报文类型及站号：最高位表示报文类型，低7位表示站号：01-99；

目标距离：XXXXX米；

目标磁方位角：0～360°，dddmm(度分)；

目标高低角：-60～90°，ddmm(度分)；

批号：01-99，顺序自然起批；

捕获日期：yyyyMMdd；

捕获时间：hhmmss

保留字节：第0～1位表示目标机型，第2～3位表示目标架数，第4位表示目标后方有无尾随。

第五步：数据完成一次发送流程，结束一个观测周期。

(三)结构设计

3.1整体结构

为方便灵活拆装，本发明在光学望远镜中轴上固定一个夹装式支架2，在夹装式支架2的上端面设置滑块29，在本发明目标跟踪数据录取便携装置1的壳体底部设置滑轨11，利用滑轨11和夹装式支架2可将本发明目标跟踪数据录取便携装置1安装在光学望远镜3(或者光电望远镜)中轴上，构成空情信息采集录取便携装置。

具体如图2g、2h、2i所示，装夹式支架2包括上夹23和下夹24；上夹23的下部形状与光学望远镜3中轴的上部形状相适配，上夹23的上端面设置有与目标跟踪数据录取便携装置1壳体下端面的滑轨11所配合的滑块29(在其他实施例中，也可以在上夹23的上端面设置滑轨，在目标跟踪数据录取便携装置1壳体下端面设置相适配的滑块)；下夹24的上部形状与光学望远镜3中轴的下部形状相适配；

上夹23与下夹24的两端部通过手拧螺钉21和螺母22连接；

在上夹23一端部插接有用于卡死固定滑轨11的卡块25，利用手拧螺钉二27将下架24相应的端部与卡块25连接，且手拧螺钉二27外套设有预紧弹簧26，预紧弹簧26的一端与卡块25的下端面接触，预紧弹簧26的另一端与下夹24的上端面接触；

为了加大夹持稳定性，在上夹23的下部与光学望远镜3中轴接触部位，以及下夹24的上部与光学望远镜3中轴接触部位均设置有锯齿结构28。

装配时，可先利用上夹23与下夹24共同夹持光学望远镜3的中轴，待上夹23与下夹24扣合后，拧紧手拧螺钉一21和螺母22将上夹23与下夹24的两端部连接，如图2i所示；然后将目标跟踪数据录取便携装置1壳体下端面的滑轨11插入上夹23上端面滑块29中，如图2j所示；最后拧紧手拧螺钉27，使卡块25将滑轨11固定卡死，即完成安装，如图2f所示；调节瞳距时只需松开手拧螺钉一21，当调整到位后锁紧手拧螺钉一21既可。

3.2结构设计优点：

1.夹装式支架适合加装到市场上各类传统望远镜。

2.采集录取装置1通过夹装式支架2与光学望远镜3连接在一起，方便拆装，使用灵活方便。

3.目标跟踪数据录取便携装置上的操作按键在壳体的两侧排列，相邻两个操作按键的间距，操作按键的大小、形状均按照成人指宽及使用习惯设计，使得运用光学望远镜观望时，方便操作。

4.夹装式支架设计充分考虑使用者差异，瞳距可调、操作便捷、稳定性强，不影响设备正常使用。

在其他实施例中，还可以将光学望远镜3(或者光电望远镜)和目标跟踪数据录取便携装置均固定设置在一个壳体内，并在壳体上与望远镜光路相对应位置处开设有观察窗口，从而将光学望远镜3与目标跟踪数据录取便携装置通过壳体连接为一体式的。

在另一些实施例中，如图2c所示，壳体5还可以设计为铰接于一体的左壳体51和右壳体52，铰接处为过盈配合；左壳体51的下部形状与望远镜3左半部分相适配，右壳体52的下部形状与望远镜3的右半部分相适配；左壳体51和右壳体52连接后形成一个可容纳望远镜和目标跟踪数据录取便携装置的空腔，望远镜3和目标跟踪数据录取便携装置均固定设置在该空腔内，望远镜3的中轴位于左壳体51和右壳体52的拼接处；目标跟踪数据录取便携装置的硬件分为两部分分别设置在左壳体51和右壳体52上部腔体内，两部分硬件之间通过柔性连接线4相连。

在另一些实施例中，望远镜还可以以壳体5作为望远镜自身壳体，即仅在壳体5内固定安装望远镜光路，而不是整个望远镜。

二、超短波通信系统

1.采用超视距传输模型：VHF(Very High Frequency的缩写，即甚高频，是指频带由30Mhz到300MHz的无线电电波，波长范围为1m～10m)电磁波可实现超视距传输，其主要传输方式为视距传输、对流层散射模式和对流层超折射。

2.基于FPGA+ADC+DAC+PA实现基带、中频、射频功能，另外还包含时钟模块、语音模块、HMI、电源模块，是一个通用无线数据传输平台，并可根据具体项目应用做裁剪。

3.支持配接外置车载功放，可解决40-200公里范围短波通信盲区、信道不稳定问题，并作为部分替代卫星通信的重要手段。

4.异步数据通信协议采用SLIP协议；在每一个数据帧的首尾各加上一个端字符(C0H)，封装成SLIP帧；在发送的数据帧中，与端字符(C0H)相同的数据用转义字符(DBDC)加替代字符代替，与转义字符(DB)相同的数据用转义字符(DBDD)代替；在接收方，SLIP协议对帧中的数据作相反的替代工作，即将“DBDCH”变成“C0H”，将“DBDDH”变成“DBH”。

三、基于民网的空情信息采集传输一体化系统

基于民网的空情信息采集传输一体化系统包括智能终端、空情信息智能终端采集软件、云端数据汇集服务软件、云端数据库、远程数据管理软件；空情信息智能终端采集软件、云端数据汇集服务软件和远程数据管理软件采用C/S架构，在网络环境中使用，可实现多用户、多任务运行模式；终端采集软件提供的人机界面以GUI方式为主，以便使用户更加容易、快速地掌握使用方法。

1.空情信息智能终端采集软件搭载在天通卫星电话及普通民用手机等智能终端设备上，观测者根据智能终端采集软件提供的人机界面，按照实际观测的空情进行参数设置，然后触发一定时间(例如3S)自动发送功能，将采集的空情数据(包括站号、站类型、经度、纬度、海拔、距离、方位角、俯仰角、批号、机型、架数、日期、时间、是否有尾随、航势、报类型、速度)经云端数据汇集服务软件发送到云端数据库；

2.云端数据汇集服务软件用于实时监听网络通信端口，如果监听到有智能终端/目标跟踪数据录取便携装置的连接请求，则会为当前连接创建线程来处理空情数据，线程中会将空情数据进行解析，解析完成后再将数据存储到云端数据库；

3.远程数据管理软件开启后，会将云端数据库中的数据逐条下载并存储到第一本地数据库中，以备后续的单向传输。

四、信息单向传输设备

信息单向传输设备应用了识读速度快、数据密度大的QR码(即二维码)扫描技术和UDP网络通信技术实现了基于民网的空情信息传输一体化系统向数据处理单元的单向传输，包括工控机、光学摄像头、装载在工控机上的QR码生成软件、QR码扫描与数据存储转发软件、第二本地数据库；信息单向传输设备的人机界面为GUI交互界面。

1.QR码生成软件访问第一本地数据库，将第一本地数据库中存储的数据(包括站号、站类型、经度、纬度、海拔、距离、方位角、俯仰角、批号、机型、架数、日期、时间、是否有尾随、航势、报类型、速度)按照编码规则生成QR码并显示在工控机的界面上；

2.QR码扫描与数据存储转发软件通过光学摄像头对QR码进行扫描识别，扫描成功后对QR码中的信息进行解码，然后通过UDP网络协议将数据发送到数据处理单元，同时也完成数据在第二本地数据库中的存储。

五、数据处理单元数据处理单元包括信息接入中间件软件、信息融合系统软件和管理控制系统软件；信息接入中间件软件的主体功能是将管理控制系统接入至雷达，主要体现信息的融合和接入。

信息接入中间件软件的主体功能是将管理控制系统接入到雷达系统中，主要体现信息的接入和过滤。基于结构简单化、使用简易化、处理便捷化的设计，可将信息接入中间件软件集成在管理控制系统中，这样可以可靠而便捷地实现对上、对下铰链的功能。

1、信息接入中间件软件通过UDP通信直接获取目标跟踪数据录取便携装置或或智能终端(手机)上报的空情信息，经过误差分析和滤波之后，发送至信息融合系统软件中进行融合和显示，以此完成对下铰链功能。

信息接入中间件软件通过KNet平台将综合航迹按照GJB5779报文格式发送给雷达，以此完成对上铰链功能。

信息接入中间件软件被运行时实现以下步骤：

(1)采用UDP通信方式接收目标跟踪数据录取便携装置或或智能终端(手机)上报的状态信息和数据信息；

(2)采用非线性函数参数估计方法对目标跟踪数据录取便携装置或或智能终端(手机)上报的空情信息进行误差分析和滤波后，计算出实时误差；

(3)根据计算出的实时误差，采用卡尔曼滤波方法对目标的飞行轨迹进行插值和外推，进行时空对准；目标的飞行轨迹是目标跟踪数据录取便携装置或或智能终端(手机)获取的目标的实时位置点的连线；

(4)通过KNet平台(KNet平台是信息传输一体化平台，之前表述有误)将综合航迹按GJB5779报文格式发送给雷达；综合航迹是由信息融合系统软件根据目标的飞行轨迹，通过三角定位(时间、方位角、高度角实现三角定位)融合而来的。

2.信息融合系统软件

信息融合系统软件是以空情信息的融合处理、综合态势显示为主，提供给用户一个准确的、直观的、更易掌控的空情态势。

信息融合系统软件被运行时实现以下步骤：

(1)对信息接入中间件软件发送的空情信息，采用JPDM算法(JPDM算法是一种使用三角定位原理对不同时间段、不同终端获取的同一目标的空情信息进行融合的算法)进行定位、关联、融合处理，形成综合航迹；

(2)采用表显进行空情态势的显示：

通过原始航迹表和综合航迹表以字符的形式分别显示原始航迹信息和综合航迹信息，并通过表格关联的形式体现原始航迹和综合航迹之间的映射关系；

(3)采用图显进行空情态势的显示：

在基于Qgis/OSG的二维/三维一体化地理信息系统上，通过航迹绘制以图形化的形式呈现空情态势。

3.管理控制系统

作为整个地面观察哨侦察预警系统的中枢，管理控制系统控制多个目标跟踪数据录取便携装置/智能终端和中心雷达站，负责数据处理单元、中心雷达站、目标跟踪数据录取便携装置/智能终端参数的配置，具备目标跟踪数据录取便携装置/智能终端配置优化辅助决策功能，并能记录、重演空情信息。

管理控制系统运行时实现以下功能：

(1)通过SQLite数据库接口对中心雷达站、目标跟踪数据录取便携装置/智能终端参数等信息进行配置；

(2)通过改进量子粒子群算法对目标跟踪数据录取便携装置/智能终端配置方案进行优化；

(3)通过数据文件记录、存储空情信息；

(4)通过超实时仿真技术重演空情信息。

管理控制系统还可用于布站规划，具体方法为：

步骤1.分析并绘制出中心站雷达遮蔽角图；

步骤2.标示出遮蔽区域作为I类布站基础区域；

步骤3.用地球曲率盲区公式解算出II类布站基础区域；

距离

H₁为目标高度，H₂为雷达天线高度，D₁为目视发现目标的最近距离(暂定按小型目标2km)；

步骤4.在布站基础区域，即区域I+区域II内选择观察哨位置遵循以下准则：

(1)配置在中心站雷达责任扇区内；

(2)配置在重点威胁方向；

(3)配置在制高点位置；

(4)配置在倚坡/高向原/低的位置；

(5)优先配置在谷地两侧(便于形成交叉定位，也是卡扣制谷战术要求)；优先配置在铁路或公路旁1公里范围内；

(6)左右配置间隔小于目视发现目标的距离(暂定按大型机15km)，大于目视发现小型目标的距离(暂定按大型机2km)；

(7)前后配置间隔小于目视发现目标的距离的2倍(暂定按大型机30km)，大于目标发现小型目标的距离(暂定按大型机4km)。

实施例：

本发明地面观察哨侦察预警系统可根据实际需求部署在Ⅰ号便携机和Ⅱ号便携机上。

在Ⅰ号便携机上启动云端数据汇集服务软件、远程数据管理软件和QR码生成软件；

在Ⅱ号便携机上安装好用于扫描QR码的光学摄像头，启动QR码扫描软件和管理控制系统；

即：Ⅰ号便携机用于接收云端数据，并将数据进行存储，以及实现QR码的生成，Ⅱ号便携机用于识别分析Ⅰ号便携机生成的QR码，并使用从QR码获取数据用于飞行物态势显示、布站规划和盲区分析，并接入雷达；

将目标跟踪数据录取便携装置连接至WIFI或者超短波通信系统上的422串口，或打开智能终端上的空情信息智能终端采集软件，当目标跟踪数据录取便携装置或者智能终端发来数据时，Ⅰ号便携机上的QR码生成软件会自动把数据转换为QR码(二维码)显示在屏幕上，Ⅱ号便携机上的QR码扫描软件会通过光学摄像头自动扫描QR码读取数据并发送给管理控制系统，由管理控制系统显示实时空情信息，并将融合后的综合航迹发送给雷达。

具体为：

1.当观察哨通过目标跟踪数据录取便携装置或智能终端发现目标时，目标跟踪数据录取便携装置或智能终端中的角度传感器获取当前目标跟踪数据录取便携装置或智能终端的俯仰角度和水平方位角，目标跟踪数据录取便携装置或智能终端中的定位模块通过GPS或北斗卫星获取观察哨当前地理坐标，目标跟踪数据录取便携装置或智能终端中的微处理器将角度传感器和定位模块获取的数据接收后，通过人工触动按键，按指定的数据报文格式通过WIFI或者超短波通信系统的422串口发往后端的数据处理单元。

2.超短波通信系统通过视距传输、对流层散射模式和对流层超折射等方式，采用VHF电磁波可实现超视距传输；超短波通信系统采用一主多从的模式，包括一个中心站电台和多个超短波超视距电台，目标跟踪数据录取便携装置发送的数据会通过超短波超视距电台发送给中心站电台，从而再经过中心站电台将数据送入到后端的数据处理单元。

3.空情信息传输一体化系统包括的软件有空情信息智能终端采集软件、云端数据汇集服务软件和远程数据管理软件。

3.1.空情信息智能终端采集软件启动后，进入主界面，等待用户起批操作，如果30S内未进行起批操作，则空情信息智能终端采集软件会启动状态报文30S自动发送流程，向管理控制系统播报当前位置；如果用户按下起批按钮，则进入到空情信息设置的界面，开启信息采集流程。空情信息设置界面包含机型、架次、尾随、距离等功能图标，信息采集流程中会获取用户选择的各参数，然后等待用户按下发送按钮后开启3S循环发送；如果在发送过程中，用户按下暂停按钮，发送功能将被停止，然后继续回到主界面，如此循环。

3.2.云端数据汇集服务软件启动后会开启并发监听任务，等待各目标跟踪数据录取便携装置的连接。如果有目标跟踪数据录取便携装置发来数据请求连接，云端数据汇集服务软件就会启动一个线程来响应该请求，接下来，云端数据汇集服务软件会先将网络数据包中的空情信息部分取出，然后按照约定的协议，以字段为单位对空情信息进行解析，解析完成后，软件会将字段数据存储到云端数据库，以备远程下载。

3.3.远程数据管理软件启动过程中，首先根据默认参数对运行环境进行初始化，初始化完成后开启链路监听任务，链路监听任务中会以5S间隔测试云端数据库连接情况，并更新界面控件状态。

如果云端数据库参数不正确，则远程数据管理软件界面的云端数据库连接状态和下载图标都会置灰，提示用户需重新配置。

用户正确配置云端数据库参数后，下载图标会变为绿色，提示用户可以进行下载操作。用户如果点击了开始下载按钮，远程数据管理软件会根据用户设置的并发传输量和下载时间间隔开始从云端数据库下载数据，并且将下载的数据存储到第一本地数据库中。如果用户点击了停止下载按钮，远程数据管理软件会停止下载任务，回到链路监听状态。

4.信息单向传输设备的软件部分包括QR码生成软件、QR码扫描与数据存储转发软件；

4.1.QR码生成软件启动后会先开启链路监听任务，链路监听任务中会测试与第一本地数据库的连接情况，并更新界面控件状态，如果第一本地数据库连接参数不正确，则QR码生成软件的界面上的第一本地数据库连接状态会被置灰，提示用户需重新配置。

用户正确配置第一本地数据库参数后，第一本地数据库连接状态变为绿色，提示用户可以进行开始生成QR码。

用户如果点击了开始图标，QR码生成软件会根据用户设置的并发传输量和QR码生成的时间间隔开始在软件界面刷新QR码。

用户如果点击了停止图标，QR码生成软件则停止生成QR码，返回到链路监听状态。

4.2.QR码扫描与数据存储转发软件启动后，会先开启链路监听任务，链路监听任务中会测试第二本地数据库的连接情况，并更新界面控件状态，如果第二本地数据库连接参数不正确，则QR码扫描与数据存储转发软件的界面上的数据库连接状态会被置灰，提示用户需重新配置。

用户正确配置第二本地数据库参数后，第二本地数据库连接状态变为绿色，提示用户可以进行开始扫描QR码。

用户如果点击了开始图标，QR码扫描与数据存储转发软件会根据用户设置的QR码识别参数，开始扫描对应I号便携机中QR码生成软件所生成的QR码，扫描后先对QR码进行解析，然后提取里面包含的空情信息数据，最后分别转发给管理控制系统和存储到第二本地数据库中。

用户如果点击了停止图标，QR码扫描与数据存储转发软件则停止QR码的扫描，返回到链路监听状态。

5.数据处理单元包括信息接入中间件软件、信息融合系统软件和管理控制系统：

5.1信息接入中间件软件主要是对接收到的数据进行存储，信息融合系统软件根据同一时间段内的空情数据利用三角定位算法进行计算和融合，对目标后续的飞行轨迹在数学规律上进行预推，对空情信息进行速度，飞行姿态的预测，对目标方位角、高低角数值的变化进行校验，然后根据固定的格式进行打包形成报文，发送给雷达。5.2信息融合系统软件是整个数据处理单元的核心部分，它在接收信息接入中间件发送的数据之后，首先通过查表法和三角定位法对目标距离信息进行计算，再采取卡尔曼滤波算法进行时间统一，再通过坐标转换将不同观察哨坐标统一转换至地心直角坐标系。此后，进行同一性识别。由于不同目标跟踪数据录取便携装置或智能终端获取的空情信息之间的误差，设置距离关联波门判断目标是否属于同一目标，再采取航迹的滑窗计数法进行航迹的绘制。采用投票法进行识别，按照少数服从多数的原则，识别目标的机型、架数的属性信息。采用加权平均法，计算综合空情的的坐标位置信息，以获得高质量的空情信息。

5.3管理控制系统是在信息融合系统软件和信息接入中间件软件开始工作之前，配置目标跟踪数据录取便携装置/智能终端参数。当接收到目标跟踪数据录取便携装置/智能终端发送过来的数据时，信息融合系统软件和信息接入中间件软件根据管理控制系统配置的参数可以进行正常的工作。

Claims (10)

1.地面观察哨侦察预警系统，其特征在于：包括空情信息采集录取便携装置、超短波通信系统、基于民网的空情信息传输一体化系统、第一本地数据库、信息单向传输设备和数据处理单元；

所述空情信息采集录取便携装置用于获取目标的空情数据，并通过所述超短波通信系统和/或所述基于民网的空情信息传输一体化系统将所获取的空情数据发送并存储在所述第一本地数据库中；

所述信息单向传输设备从所述第一本地数据库中读取空情数据，并发送至所述数据处理单元；

所述数据处理单元用于对接收到的空情数据进行处理，生成航迹信息并输出。

2.根据权利要求1所述的地面观察哨侦察预警系统，其特征在于：

所述空情信息采集录取便携装置包括望远镜、与所述望远镜配合使用的目标跟踪数据录取便携装置；

所述目标跟踪数据录取便携装置包括壳体、设置在壳体内的九轴角度传感器、定位模块、微处理器、对外数据接口模块，语音播报模块以及设置在壳体外的按键模块和指示灯模块；

九轴角度传感器用于获取光学望远镜相对于低空目标的俯仰角与水平方位角，并发送给微处理器；

定位模块用于获取光学望远镜当前的地理坐标，并发送给微处理器；

微处理器用于根据定位模块与九轴角度传感器输出的数据，生成空情综合数据，并按照通信双方约定的报文格式对空情综合数据进行加密；

对外数据接口模块用于将微处理器加密后的数据，通过无线短波通信设备或手机移动公网，发送至后端指控系统；

语音播报模块与微处理器相连，用于设备当前状态的语音播报；

按键模块与微处理器相连，用于用户指令的输入；

指示灯模块与微处理器相连，用于设备当前状态显示；

还包括运行在微处理器上的计算机程序，用于实现以下步骤：

1)接收九轴角度传感器与定位模块发送的数据；

2)根据九轴角度传感器获取的数据，解算目标距离：

2.1)将目标的方位角数据按照逻辑曲线拟合，找出中间方位角的角度theta_max；

2.2)利用中间方位角的角度theta_max、时间、估计的目标初速度，计算航路捷径

2.3)利用航路捷径r预测目标的方位角数据，重新估计目标的线速度；

2.4)根据航路捷径r以及步骤2.3)重新估计的目标的线速度，计算目标距离；

3)对步骤1)接收到的数据以及步骤2)解算出的目标距离，按指定数据格式进行数据封装，得到状态报和数据报；所述状态报和数据报的长度均在20字节内；

4)按固定时间间隔，将所述状态报和数据报通过电台或民用网络发送至所述第一本地数据库。

3.根据权利要求1或2所述的地面观察哨侦察预警系统，其特征在于：

所述基于民网的空情信息传输一体化系统包括云端数据汇集服务软件、云端数据库和远程数据管理软件；

云端数据汇集服务软件用于实时监听网络通信端口，若监听到有目标跟踪数据录取便携装置的连接请求，则会为当前连接创建线程来处理空情数据，线程中会将空情数据进行解析，解析完成后再将数据存储到所述云端数据库；

远程数据管理软件用于从云端数据库中下载数据至所述第一本地数据库中。

4.根据权利要求3所述的地面观察哨侦察预警系统，其特征在于：

所述基于民网的空情信息传输一体化系统还包括智能终端以及搭载在智能终端上的空情信息智能终端采集软件；

所述智能终端用于获取目标的空情数据；

所述空情信息智能终端采集软件用于向观测者提供人机界面，实现参数设置、空情数据发送。

5.根据权利要求1或2所述的地面观察哨侦察预警系统，其特征在于：

所述信息单向传输设备包括QR码生成软件、光学摄像头、QR码扫描与数据存储转发软件、第二本地数据库；

QR码生成软件用于访问所述第一本地数据库，将第一本地数据库中存储的数据按照编码规则生成QR码；

QR码扫描与数据存储转发软件通过所述光学摄像头，对所述QR码进行扫描识别、解码后转发至所述数据处理单元和所述第二本地数据库。

6.根据权利要求1或2所述的地面观察哨侦察预警系统，其特征在于：

所述数据处理单元包括信息接入中间件软件、信息融合系统软件和管理控制系统；

信息接入中间件软件通过UDP通信获取探测器上报的空情信息，对其进行误差分析、滤波处理后，发送至所述信息融合系统软件；

信息融合系统软件对收到的数据进行定位、关联、融合处理，生成综合航迹并显示；

信息接入中间件软件通过KNet平台将所述综合航迹按照GJB5779报文格式发送给上级指挥信息系统；

管理控制系统用于进行中心雷达站、目标跟踪数据录取便携装置参数的配置。

7.根据权利要求2所述的地面观察哨侦察预警系统，其特征在于：

步骤2)中所述的指定状态报格式如下：

报文类型及站号：最高位表示报文类型，低7位表示站号：01-99；

本站经度：用GPS或北斗原始格式，度分，小数点后保留4位；

本站纬度：用GPS或北斗原始格式，度分，小数点后保留4位；

本站海拔：用GPS或北斗原始格式，采用GPS导航定位的NMEA_0183标准格式XXXX米；

捕获日期：yyyyMMdd；

捕获时间：hhmmss；

步骤2)中所述的数据报格式如下：

报文类型及站号：最高位表示报文类型，低7位表示站号：01-99；

目标距离：XXXXX米；

目标磁方位角：0～360°，dddmm(度分)；

目标高低角：-60～90°，ddmm(度分)；

批号：01-99，顺序自然起批；

捕获日期：yyyyMMdd；

捕获时间：hhmmss

保留字节：第0～1位表示目标机型，第2～3位表示目标架数，第4位表示目标后方有无尾随。

8.根据权利要求2所述的地面观察哨侦察预警系统，其特征在于：

所述按键模块包括机型选择按键、地磁校准按键、数据发送按键、距离选择按键。

9.根据权利要求2所述的地面观察哨侦察预警系统，其特征在于：

所述指示灯模块包括地磁校准状态指示灯、数据发送状态指示灯、机型状态指示灯、定位模块工作状态指示灯。

10.根据权利要求6所述的地面观察哨侦察预警系统，其特征在于：

所述管理控制系统还用于布站规划，具体方法为：

步骤1.分析并绘制出中心站雷达遮蔽角图；

步骤2.标示出遮蔽区域作为I类布站基础区域；

步骤3.用地球曲率盲区公式解算出II类布站基础区域；

距离

H₁为目标高度，H₂为雷达天线高度，D₁为目视发现目标的最近距离；

步骤4.在布站基础区域，即区域I+区域II内选择观察哨位置遵循以下准则：

(1)配置在中心站雷达责任扇区内；

(2)配置在重点威胁方向；

(3)配置在制高点位置；

(4)配置在倚坡/高向原/低的位置；

(5)优先配置在谷地两侧，优先配置在铁路或公路旁1公里范围内；

(6)左右配置间隔小于目视发现目标的距离，大于目标发现小型目标的距离；

(7)前后配置间隔小于目视发现目标的距离的2倍，大于目视发现小型目标的距离。

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