CN111524340A - 一种智能光频侦察通信一体化系统 - Google Patents

一种智能光频侦察通信一体化系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种智能光频侦察通信一体化系统，包括：互相通信连接的凝视传感器阵列单元、激光通信单元、空间基准单元和信息智能处理单元；空间基准单元输出时空基准；凝视传感器阵列单元基于时空基准进行待测目标的跟踪和测量，将多目标的侦察信息发送给信息智能处理单元；激光通信单元基于时空基准与外部通信对象进行跟踪和通信，将通信对象的通信信息发送给信息智能处理单元；信息智能处理单元对获取的多目标的侦察信息和通信对象的通信信息在时空基准下进行融合。以高精度统一时空基准为基础，集多目标光电跟踪侦察、激光通信、空间基准测量与统一以及智能识别感知等功能单元为一体，并实现智能信息融合，使光电设备的效能得到最大程度发挥。

Description

一种智能光频侦察通信一体化系统
技术领域
本发明涉及光电技术领域，尤其涉及一种智能光频侦察通信一体化系统。
背景技术
光电设备具有成像直观、精度高、抗干扰能力强、信息传输保密性好等特点，经过近年来的快速发展，在跟踪、侦查、通信、导航等领域均有重要应用。
光电跟踪侦查设备通过控制光轴指向实现对目标的跟踪、测距和图像侦察；光电通信设备通过建立大容量光信道实现编队平台之间的实时、保密通信；光电导航利用高精度惯性信息实现时空基准测量。由于隶属于不同的应用方向，上述设备通常独立安装使用，存在信息交融度低、空间基准传递误差大、时间基准统一精度低等问题，成为制约舰载侦察、通信设备功能扩展、性能提升的瓶颈。
此外，传统的光电跟踪侦察设备利用经纬仪式动密封跟踪机构实现光轴方向稳定，这种体制存在设备体积、重量大，伺服响应带宽难以提高的问题，适装性、可靠性、跟踪能力以及隐身性受到较大限制，且不具备多目标同时跟踪侦察能力。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种智能光频侦察通信一体化系统，解决现有技术中光电跟踪侦察设备不具备多目标同时跟踪侦察能力问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种智能光频侦察通信一体化系统，包括：互相通信连接的凝视传感器阵列单元1、激光通信单元2、空间基准单元3和信息智能处理单元4；
所述空间基准单元3输出时空基准，所述时空基准包括时间基准信息和空间基准信息；
所述凝视传感器阵列单元1基于所述时空基准进行待测目标的跟踪和测量，将多目标的侦察信息发送给所述信息智能处理单元4；所述激光通信单元2基于所述时空基准与外部通信对象进行跟踪和通信，将通信对象的通信信息发送给所述信息智能处理单元4；
所述信息智能处理单元4对所述获取的多目标的侦察信息和通信对象的通信信息在所述时空基准下进行融合。
本发明的有益效果是：以高精度统一时空基准为基础，集多目标光电跟踪侦察、激光通信、空间基准测量与统一以及智能识别感知等功能单元为一体，并实现智能信息融合，使光电设备的效能得到最大程度发挥。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述凝视传感器阵列单元1包括传感器阵列组件11，所述传感器阵列组件11包括采用共孔径或共光路方式实现光学系统集成的可见光探测传感器111、红外探测传感器112和/或激光测距传感器113；
所述信息智能处理单元4包括传感器阵列控制组件41；
所述传感器阵列组件11接收所述传感器阵列控制组件41发送的传感器控制命令和所述空间基准单元3发送的所述时间基准信息，完成所述待测目标的红外通道、可见光通道图像采集和/或激光测距，输出目标图像信息和/或目标距离信息以及传感器工作状态信息给所述传感器阵列控制组件41。
进一步，所述凝视传感器阵列单元1还包括与所述传感器阵列组件11对应设置的稳定跟踪机构12，所述稳定跟踪机构12包括反射镜121和伺服机构122；
所述信息智能处理单元4包括稳定跟踪机构控制组件42；
所述稳定跟踪机构12接收所述稳定跟踪机构控制组件42发送的伺服驱动命令和所述空间基准单元3发送的所述时空基准，通过所述伺服机构122带动所述反射镜121转动，对所述待测目标的进行稳定跟踪，并实时输出伺服转动的角度和角速度给所述稳定跟踪机构控制组件42；
所述稳定跟踪机构控制组件42接收所述时空基准、伺服转动的角度与角速度信息以及目标图像偏差量信息，完成目标跟踪控制量解算。
进一步，所述激光通信单元2包括通信引导组件21、ATP组件22和通信天线组件23；
所述信息智能处理单元4包括激光通信信息处理组件43；
所述激光通信单元2通过光纤接收所述激光通信信息处理组件43发送的激光通信控制命令和待发通信信息；
所述ATP组件22接收到所述激光通信控制命令后，通过所述通信引导组件21和通信天线组件23建立与所述外部通信对象的通信光路，完成与所述外部通信单元的瞄准对接以及所述通信信息的收发，并向所述激光通信信息处理组件43发送接收的所述通信信息、图像信息以及所述激光通信单元2的工作状态信息。
进一步，所述空间基准单元3包括惯性测量组件31和导航计算机组件32；
所述空间基准单元3接收外部控制命令、卫星导航信息和计程仪信息，所述惯性测量组件31根据所述外部控制命令实时测量所述一体化系统的装载平台的角运动信息和线运动信息，所述导航计算机组件32基于所述惯性测量组件31实时测量的信息进行惯性导航解算，结合所述卫星导航信息和计程仪信息完成组合导航解算，输出所述时空基准。
进一步，所述信息智能处理单元4还包括智能态势感知与建模组件44；
所述智能态势感知与建模组件44接收所述时空基准、目标识别信息、目标距离信息以及目标方位高度信息，完成目标运动轨迹建模与预测、目标威胁判断以及环境态势建模，并输出目标运动模型、威胁等级和环境态势模型。
进一步，所述信息智能处理单元4还包括多通道智能图像处理组件45；
所述多通道智能图像处理组件45接收目标运动模型、探测图像信息和所述时空基准，完成计算成像、图像增强、目标图像智能识别和目标图像智能跟踪，并输出目标图像的偏差量信息与处理后图像信息。
进一步，所述一体化系统还包括信息存储单元5和显控单元6；
所述信息存储单元5接收各传感器测量信息、各传感器状态信息、图像处理以及感知建模信息，完成数据同步处理与存储，并输出信息储存单元工作状态。
所述显控单元6接收待显示信息，完成信息分类显示，接收人机交互命令，并将接收到的人工输入的命令发送给所述一体化系统的各个对应的单元。
进一步，所述一体化系统还包括密封外罩与窗口组件7；
所述凝视传感器阵列单元1、激光通信单元2和空间基准单元3通过所述密封外罩与窗口组件7进行共基座刚性集成；
所述凝视传感器阵列单元1安装在所述密封外罩与窗口组件7的内部，通过所述密封外罩与窗口组件7上位置对应的窗口对外观测。
进一步，所述激光通信单元2安装在密封外罩与窗口组件7的后端上部；
所述空间基准单元3安装在密封外罩与窗口组件7后端内部，与所述凝视传感器阵列单元1和激光通信单元2刚性连接。
采用上述进一步方案的有益效果是：
凝视传感器阵列单元、激光通信单元共用来自于空间基准单元的时空信息进行目标跟踪，凝视传感器阵列单元、激光通信单元所获取的多通道、多目标侦察信息、通信信息在统一时空基准下进行图像信息融合、目标运动建模、环境态势建模，实现信息一体化融合，提高实现目标识别能力、跟踪能力。
该一体化系统还包括信息存储单元和显控单元，实现数据存储与显示控制功能。
凝视传感器阵列单元、激光通信单元、空间基准单元进行共基座刚性集成嵌入式设计，实现系统硬件一体化集成，最大程度的减少空间基准信息传递误差，为高精度测量目标信息，快速、准确建立环境态势模型、激光通信信道奠定基础；同时，有效减少对装载平台的空间占有率。
密封外罩与窗口组件还为侦察传感器阵列组件、稳定跟踪机构提供相对稳定的密封工作空间，将模块化的多个传感器阵列组件、稳定跟踪机构安装在密封外罩与窗口组件内部，形成无外部活动部件的凝视传感器阵列单元，实现多传感器阵列内埋式设计，有效提高设备隐身性，并且采用静密封方式隔离外界风阻、阳光照射、盐雾、沙尘等恶劣外部环境，可有效提高系统可靠性、环境适应性以及伺服跟踪带宽，形成体积小、质量轻、功能集成、性能优异的智能光频侦察一体化系统。
附图说明
图1为本发明提供的一种智能光频侦察通信一体化系统的功能单元示意图；
图2为本发明提供的一种智能光频侦察通信一体化系统的实施例的功能单元示意图；
图3为本发明提供的一种智能光频侦察通信一体化系统的硬件结构示意图；
图4为本发明提供的一种智能光频侦察通信一体化系统的硬件内部结构的剖视图；
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、凝视传感器阵列单元，11传感器阵列组件，111、可见光探测传感器，112、红外探测传感器，113、激光测距传感器，12、稳定跟踪机构，121、反射镜，122、伺服机构；2、激光通信单元，21、通信引导组件，22、ATP（Acuisition、Tracking、Pointing，捕获、跟踪、对准）组件，23、通信天线组件；3、空间基准单元，31、惯性测量组件，32、导航计算机组件；4、信息智能处理单元，41、传感器阵列控制组件，42、稳定跟踪机构控制组件，43、激光通信信息处理组件，44、智能态势感知与建模组件，45、多通道智能图像处理组件；5、信息存储单元；6、显控单元；7、密封外罩与窗口组件。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示为本发明提供的一种智能光频侦察通信一体化系统的功能单元示意图，由图1可知，该一体化系统包括：互相通信连接的凝视传感器阵列单元1、激光通信单元2、空间基准单元3和信息智能处理单元4。
优选的，可以各个单元可以通过光纤进行通信，实现信息高速共享。
空间基准单元3输出时空基准，时空基准包括时间基准信息和空间基准信息。
凝视传感器阵列单元1基于时空基准进行待测目标的跟踪和测量，将多目标的侦察信息发送给信息智能处理单元4；激光通信单元2基于时空基准与外部通信对象进行跟踪和通信，将通信对象的通信信息发送给信息智能处理单元4。
信息智能处理单元4对获取的多目标的侦察信息和通信对象的通信信息在时空基准下进行融合。
本发明提供的一种智能光频侦察通信一体化系统，以高精度统一时空基准为基础，集多目标光电跟踪侦察、激光通信、空间基准测量与统一以及智能识别感知等功能单元为一体，并实现智能信息融合，使光电设备的效能得到最大程度发挥。
实施例1
本发明提供的实施例1为本发明提供的本发明提供的一种智能光频侦察通信一体化系统的实施例，如图2所示为本发明提供的一种智能光频侦察通信一体化系统的实施例的功能单元示意图，由图2可知，该一体化系统的实施例包括：互相通信连接的凝视传感器阵列单元1、激光通信单元2、空间基准单元3和信息智能处理单元4。
凝视传感器阵列单元1包括对应设置的传感器阵列组件11和稳定跟踪机构12，传感器阵列组件11包括采用共孔径或共光路方式实现光学系统集成的可见光探测传感器111、红外探测传感器112和/或激光测距传感器113，稳定跟踪机构12包括反射镜121和伺服机构122。
激光通信单元2包括通信引导组件21、ATP组件22和通信天线组件23。
空间基准单元3包括惯性测量组件31和导航计算机组件32。
信息智能处理单元4包括传感器阵列控制组件41、稳定跟踪机构控制组件42、激光通信信息处理组件43、智能态势感知与建模组件44和多通道智能图像处理组件45。
空间基准单元3输出时空基准，时空基准包括时间基准信息和空间基准信息。
优选的，空间基准单元3通过光纤总线接收外部控制命令、卫星导航信息和计程仪信息，惯性测量组件31根据外部控制命令实时测量一体化系统的装载平台的角运动信息和线运动信息，导航计算机组件32基于惯性测量组件31实时测量的信息进行惯性导航解算，结合卫星导航信息和计程仪信息完成组合导航解算，输出时空基准。
凝视传感器阵列单元1基于时空基准进行待测目标的跟踪和测量，将多目标的侦察信息发送给信息智能处理单元4。
优选的，传感器阵列组件11通过光纤总线接收传感器阵列控制组件41发送的传感器控制命令和空间基准单元3发送的时间基准信息，完成待测目标的红外通道、可见光通道图像采集和/或激光测距，输出目标图像信息和/或目标距离信息以及传感器工作状态信息给传感器阵列控制组件41。
该传感器阵列控制组件41发送控制指令给传感器阵列组件11，完成各个传感器阵列组件11中各个传感器的工作模式、工作状态、调变焦等功能的控制策略编排。
稳定跟踪机构12通过光纤总线接收稳定跟踪机构控制组件42发送的伺服驱动命令和空间基准单元3发送的时空基准，通过伺服机构122带动反射镜121转动，对待测目标的进行稳定跟踪，并实时输出伺服转动的角度和角速度给稳定跟踪机构控制组件42。
稳定跟踪机构控制组件42通过光纤总线接收时空基准、伺服转动的角度与角速度信息以及目标图像偏差量信息，完成目标跟踪控制量解算。
优选的，伺服机构122为三轴结构，可带动反射镜121进行三自由度转动，完成观测方向稳定的同时实现图像旋转隔离。
稳定跟踪机构12在稳定跟踪机构控制组件42的控制下转动，用于隔离设备装载平台的角运动、搜索跟踪待测目标，为待测目标在传感器阵列中稳定成像提供良好的角运动隔离条件。
优选的，激光通信单元2基于时空基准与外部通信对象进行跟踪和通信，将通信对象的通信信息发送给信息智能处理单元4。
激光通信单元2通过光纤接收激光通信信息处理组件43发送的激光通信控制命令和待发通信信息。
ATP组件22接收到激光通信控制命令后，通过通信引导组件21和通信天线组件23建立与外部通信对象的通信光路，完成与外部通信单元的瞄准对接以及通信信息的收发，并通过光纤总线向激光通信信息处理组件43发送接收的通信信息、图像信息以及激光通信单元2的工作状态信息。
激光通信单元2负责外部通信对象的感知、搜索、跟踪以及通信信号的收发处理。激光通信信息处理组件43接收激光通信传感器控制命令、外部输入通信信息，完成已接收通信信息解码、待发送信息编码，并输出待发送信息。
信息智能处理单元4对获取的多目标的侦察信息和通信对象的通信信息在时空基准下进行融合。
优选的，智能态势感知与建模组件44通过光纤总线接收时空基准、目标识别信息、目标距离信息以及目标方位高度信息，完成目标运动轨迹建模与预测、目标威胁判断以及环境态势建模，并输出目标运动模型、威胁等级和环境态势模型。
多通道智能图像处理组件45通过光纤总线接收目标运动模型、探测图像信息和时空基准，完成计算成像、图像增强、目标图像智能识别和目标图像智能跟踪，并输出目标图像的偏差量信息与处理后图像信息。
优选的，该一体化系统还包括信息存储单元5和显控单元6，实现数据存储与显示控制功能。
信息存储单元5接收各传感器测量信息、各传感器状态信息、图像处理以及感知建模信息，完成数据同步处理与存储，并输出信息储存单元工作状态。
显控单元6接收待显示信息，完成信息分类显示，接收人机交互命令，并将接收到的人工输入的命令发送给一体化系统的各个对应的单元。
凝视传感器阵列单元、激光通信单元共用来自于空间基准单元的时空信息进行目标跟踪，凝视传感器阵列单元、激光通信单元所获取的多通道、多目标侦察信息、通信信息在统一时空基准下进行图像信息融合、目标运动建模、环境态势建模，实现信息一体化融合，提高实现目标识别能力、跟踪能力。
优选的，如图3为本发明提供的一种智能光频侦察通信一体化系统的硬件结构示意图，如图4为本发明提供的一种智能光频侦察通信一体化系统的硬件内部结构的剖视图，由图3和图4可知，本发明提供的一种智能光频侦察通信一体化系统的实施例中，该一体化系统还包括密封外罩与窗口组件7。
凝视传感器阵列单元1、激光通信单元2和空间基准单元3通过密封外罩与窗口组件7进行共基座刚性集成。
凝视传感器阵列单元1安装在密封外罩与窗口组件7的内部，通过密封外罩与窗口组件7上位置对应的窗口对外观测。
由图3可知，凝视传感器阵列单元1、激光通信单元2和空间基准单元3为舱外设备，三者通过凝视传感器阵列单元1的密封外罩与窗口组件7固联安装。
优选的，凝视传感器阵列单元1有三个时，通过3个位置对应的窗口对外观测，每个传感器阵列覆盖70°×30°视场，基于3个孔径视场图像进行图像无缝拼接，可实现对前方210°×30°范围进行侦察。
由图4可知，激光通信单元2安装在密封外罩与窗口组件7的后端上部。
空间基准单元3安装在密封外罩与窗口组件7后端内部，与凝视传感器阵列单元1和激光通信单元2近距离刚性连接。
凝视传感器阵列单元、激光通信单元、空间基准单元进行共基座刚性集成嵌入式设计，实现系统硬件一体化集成，最大程度的减少空间基准信息传递误差，为高精度测量目标信息，快速、准确建立环境态势模型、激光通信信道奠定基础；同时，有效减少对装载平台的空间占有率。
密封外罩与窗口组件还为侦察传感器阵列组件、稳定跟踪机构提供相对稳定的密封工作空间，将模块化的多个传感器阵列组件、稳定跟踪机构安装在密封外罩与窗口组件内部，形成无外部活动部件的凝视传感器阵列单元，实现多传感器阵列内埋式设计，有效提高设备隐身性，并且采用静密封方式隔离外界风阻、阳光照射、盐雾、沙尘等恶劣外部环境，可有效提高系统可靠性、环境适应性以及伺服跟踪带宽，形成体积小、质量轻、功能集成、性能优异的智能光频侦察一体化系统。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能光频侦察通信一体化系统，其特征在于，所述一体化系统包括：互相通信连接的凝视传感器阵列单元（1）、激光通信单元（2）、空间基准单元（3）和信息智能处理单元（4）；
所述空间基准单元（3）输出时空基准，所述时空基准包括时间基准信息和空间基准信息；
所述凝视传感器阵列单元（1）基于所述时空基准进行待测目标的跟踪和测量，将多目标的侦察信息发送给所述信息智能处理单元（4）；所述激光通信单元（2）基于所述时空基准与外部通信对象进行跟踪和通信，将通信对象的通信信息发送给所述信息智能处理单元（4）；
所述信息智能处理单元（4）对所述获取的多目标的侦察信息和通信对象的通信信息在所述时空基准下进行融合。
2.根据权利要求1所述的一体化系统，其特征在于，所述凝视传感器阵列单元（1）包括传感器阵列组件（11），所述传感器阵列组件（11）包括采用共孔径或共光路方式实现光学系统集成的可见光探测传感器（111）、红外探测传感器（112）和/或激光测距传感器（113）；
所述信息智能处理单元（4）包括传感器阵列控制组件（41）；
所述传感器阵列组件（11）接收所述传感器阵列控制组件（41）发送的传感器控制命令和所述空间基准单元（3）发送的所述时间基准信息，完成所述待测目标的红外通道、可见光通道图像采集和/或激光测距，输出目标图像信息和/或目标距离信息以及传感器工作状态信息给所述传感器阵列控制组件（41）。
3.根据权利要求2所述的一体化系统，其特征在于，所述凝视传感器阵列单元（1）还包括与所述传感器阵列组件（11）对应设置的稳定跟踪机构（12），所述稳定跟踪机构（12）包括反射镜（121）和伺服机构（122）；
所述信息智能处理单元（4）包括稳定跟踪机构控制组件（42）；
所述稳定跟踪机构（12）接收所述稳定跟踪机构控制组件（42）发送的伺服驱动命令和所述空间基准单元（3）发送的所述时空基准，通过所述伺服机构（122）带动所述反射镜（121）转动，对所述待测目标的进行稳定跟踪，并实时输出伺服转动的角度和角速度给所述稳定跟踪机构控制组件（42）；
所述稳定跟踪机构控制组件（42）接收所述时空基准、伺服转动的角度与角速度信息以及目标图像偏差量信息，完成目标跟踪控制量解算。
4.根据权利要求1所述的一体化系统，其特征在于，所述激光通信单元（2）包括通信引导组件（21）、ATP组件（22）和通信天线组件（23）；
所述信息智能处理单元（4）包括激光通信信息处理组件（43）；
所述激光通信单元（2）通过光纤接收所述激光通信信息处理组件（43）发送的激光通信控制命令和待发通信信息；
所述ATP组件（22）接收到所述激光通信控制命令后，通过所述通信引导组件（21）和通信天线组件（23）建立与所述外部通信对象的通信光路，完成与所述外部通信单元的瞄准对接以及所述通信信息的收发，并向所述激光通信信息处理组件（43）发送接收的所述通信信息、图像信息以及所述激光通信单元（2）的工作状态信息。
5.根据权利要求1所述的一体化系统，其特征在于，所述空间基准单元（3）包括惯性测量组件（31）和导航计算机组件（32）；
所述空间基准单元（3）接收外部控制命令、卫星导航信息和计程仪信息，所述惯性测量组件（31）根据所述外部控制命令实时测量所述一体化系统的装载平台的角运动信息和线运动信息，所述导航计算机组件（32）基于所述惯性测量组件（31）实时测量的信息进行惯性导航解算，结合所述卫星导航信息和计程仪信息完成组合导航解算，输出所述时空基准。
6.根据权利要求1所述的一体化系统，其特征在于，所述信息智能处理单元（4）还包括智能态势感知与建模组件（44）；
所述智能态势感知与建模组件（44）接收所述时空基准、目标识别信息、目标距离信息以及目标方位高度信息，完成目标运动轨迹建模与预测、目标威胁判断以及环境态势建模，并输出目标运动模型、威胁等级和环境态势模型。
7.根据权利要求1所述的一体化系统，其特征在于，所述信息智能处理单元（4）还包括多通道智能图像处理组件（45）；
所述多通道智能图像处理组件（45）接收目标运动模型、探测图像信息和所述时空基准，完成计算成像、图像增强、目标图像智能识别和目标图像智能跟踪，并输出目标图像的偏差量信息与处理后图像信息。
8.根据权利要求1所述的一体化系统，其特征在于，所述一体化系统还包括信息存储单元（5）和显控单元（6）；
所述信息存储单元（5）接收各传感器测量信息、各传感器状态信息、图像处理以及感知建模信息，完成数据同步处理与存储，并输出信息储存单元工作状态；
所述显控单元（6）接收待显示信息，完成信息分类显示，接收人机交互命令，并将接收到的人工输入的命令发送给所述一体化系统的各个对应的单元。
9.根据权利要求1所述的一体化系统，其特征在于，所述一体化系统还包括密封外罩与窗口组件（7）；
所述凝视传感器阵列单元（1）、激光通信单元（2）和空间基准单元（3）通过所述密封外罩与窗口组件（7）进行共基座刚性集成；
所述凝视传感器阵列单元（1）安装在所述密封外罩与窗口组件（7）的内部，通过所述密封外罩与窗口组件（7）上位置对应的窗口对外观测。
10.根据权利要求1所述的一体化系统，其特征在于，所述激光通信单元（2）安装在密封外罩与窗口组件（7）的后端上部；
所述空间基准单元（3）安装在密封外罩与窗口组件（7）后端内部，与所述凝视传感器阵列单元（1）和激光通信单元（2）刚性连接。
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