CN111983629A - 一种线阵信号目标提取装置及提取方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于信号处理技术领域，公开了一种线阵信号目标提取装置及提取方法，适用于狙击手主动探测系统，用于接收前端信号获取单元的数据，通过读取外部中断的方式读取前端信号获取单元中的双口RAM数据，通过读取端口GPIO信号高低判断受到的线阵信号是属于有激光帧序列还是无激光帧序列，并通过信号处理的方法处理两帧序列，进而完成对线阵目标信号的有效提取；当获取到有效目标信号时，线阵传感器对应的LED阵列以闪烁并伴随声音呈现告警信号，使用者通过目镜可以观察探测目标及其位置。本发明方法无繁琐运算迭代处理，计算量较小，实时性高，有利于提高系统目标探测的搜索效率。

Description

一种线阵信号目标提取装置及提取方法
技术领域
本发明属于信号处理技术领域，涉及一种线阵信号目标提取装置及提取方法。
背景技术
随着狙击步枪精度、射程和威力的提高，装备精良、训练有素的狙击手具有越来越强的攻击性。同时由于狙击手通常采取伪装手段，难于察觉，因此狙击手的威胁正日益增加，为应对狙击手所构成的巨大威胁，需要从技术层面上提高对狙击手探测的能力。采取激光主动探测的方式可在狙击手射击前就探测到目标，避免狙击手首发攻击造成的危害，有效降低敌方威胁。
在现代武器系统中，成像或探测所用的光学镜头多是具有一定入射孔径的光学系统，如同猫眼一样，其可以把接收到的光信号聚集到光电传感器上。聚集的光信号在传感器上被吸收、转换，与此同时，其中的一部分光会发生反射。所以当光学系统视场中出现激光束时，探测器反射的光束根据光路的可逆性可以按原入射光路传递回去，且这种逆于原入射路的返回特性是与光的入射角无关的，只是会在斜入射时由于通光口径的限制，反射光束宽将变小，这就是光学镜头的猫眼效应。
现有的依据“猫眼”效应的激光主动探测系统主要有采用面阵探测与线阵探测两种方式。采用面阵脉冲激光主动照明及面阵CCD探测，搜索效率高，但相同探测距离下面阵探测装置重量、体积及功耗大，适用于大型平台使用。采用线阵脉冲激光主动照明及线阵CCD探测，装置体积及功耗相对于面阵探测装置大大降低，适于单兵携行。
线阵信号目标提取装置基于线阵激光主动探测设备，现有的技术文献大部分中大部分采用的提取方法为：在“猫眼”目标判定阶段，由于“猫眼”目标的回波信号强度较高，同时利用主、被动图像中的背景差所得到的图像使外界环境的光强对其的影响可以忽略，再同设定的判据进行比较得到最强信号对应的像元，这个像元对应的空间位置就判定为真实目标位置。但由于野外作战环境的复杂多变，如绿背景、强反光物、车灯等会产生很多类似“猫眼”目标的虚假目标信号，仅通过设定判据提取最强信号无法滤除带有明显彩色特征的虚假目标，易造成较大的探测误警，因此还需对目标信号采用进一步提取处理来提高准测率。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是：提供一种线阵信号目标提取装置及提取方法，以有效剔除具有明显彩色特征的虚假目标信号。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种一种线阵信号目标提取装置，其包括：前端信号获取单元、线阵信号提取处理单元、LED阵列、声告警模块；线阵信号提取处理单元接收前端信号获取单元的数据，通过读取外部中断的方式读取前端信号获取单元中的双口RAM数据，通过读取端口GPIO信号高低判断收到的线阵信号为有激光帧信号或无激光帧序列，线阵信号提取处理单元处理有激光帧信号和无激光帧序列，完成对线阵目标信号的有效提取；当获取到有效目标信号时，线阵传感器对应的LED阵列闪烁、声告警模块发出声音呈现告警信号，使用者通过目镜观察探测目标及其位置。
其中，还包括壳体，所述前端信号获取单元、线阵信号提取处理单元、LED阵列和声告警模块均布置在壳体内。
其中，所述壳体上还设置有操作按钮和观察目镜，操作按钮是激光发射接收按钮，激光发射接收按钮用于启动激光发射组件，并同时开启前端信号获取单元的激光接收组件，激光接收组件包括CCD；观察目镜用于使用者在收到声告警信号同时通过目镜观察猫眼目标在LED阵列显示的位置。
本发明还提供一种线阵信号目标提取方法，其包括以下步骤：
步骤1：通过按动线阵信号目标提取装置上壳板的激光发射按钮启动激光发射组件；
步骤2：开启激光接收组件，用于接收探测器反射的光束；
步骤3：按照预设的中断周期读取前端信号获取单元的中断脉冲信号，在获得中断信号后读取该单元的双口RAM区域数据；
步骤4：读取GPIO控制信号，判断收到的帧序列数据是有激光帧信号或者无激光帧序列；收到无激光帧序列时，继续等待接收下一帧数据；当收到有激光帧信号时，存储该帧数据为A0，并继续等待中断脉冲信号读取下一帧的无激光帧序列，并存储为B0；
步骤5：对步骤4获取的两帧数据按像素进行差分处理，得到序列C0序列，序列中像素数为N；
步骤6：对序列C0查询比较得到最大值，记为Max[C0]＝M，对应的序号为i，继续查询比较得出序列的次高值，记为Max2[C0]＝S，对应的序号为j，取区列C0的均值aver：
Figure BDA0002632733870000031
步骤7：如果M<aver，认为不满足猫眼目标的数值特征，直接等待下一个中断信号继续读取帧序列；
步骤8：如果M>aver且S>q1*M时，且i＝j+1或者i＝j-1，且计算除序列i和j以外的序列均值aver1：
Figure BDA0002632733870000032
比较aver1与M，如果aver1<M*q2，则认为序列中坐标点i的位置是目标坐标值，认为符合猫眼目标特征；
步骤9：根据步骤8中判断的结果，根据i的数值判断目标在视场中的相对位置，通过控制对应的LED阵列使其闪烁并伴随声音呈现告警信号，使用者通过目镜观察探测目标及其位置，同时通过RS232串口向上位机发送位置信息。
其中，所述步骤1中，激光工作频率与CCD工作频率一致。
其中，所述步骤2中，激光接收组件接收探测器反射的光束时，CCD数据采集电路与其它功能模块工作时钟同步。
其中，所述步骤3中，预设的中断周期为1ms。
其中，所述步骤4中，GPIO输出高电平为有激光帧信号，输出低电平为无激光帧序列。
其中，所述步骤5中，序列中像素数为N＝2048。
其中，所述步骤8中，q1与q2的取值分别为0.2、0.1。
(三)有益效果
上述技术方案所提供的线阵信号目标提取装置及提取方法中，提取装置用于接收前端信号获取单元的数据，通过读取外部中断的方式读取前端信号获取单元中的双口RAM数据，通过读取端口GPIO信号高低判断受到的线阵信号是属于有激光帧序列还是无激光帧序列，并通过信号处理的方法处理两帧序列，进而完成对线阵目标信号的有效提取；当获取到有效目标信号时，线阵传感器对应的LED阵列以闪烁并伴随声音呈现告警信号，使用者通过目镜可以观察探测目标及其位置。与目前广泛采用的提取目标方法不同的是，本发明方法利用线阵CCD探测器，针对“猫眼”目标的目标特性，在差分判断预设判据比较的基础上，对帧目标数据中的有激光数据帧以及利用无激光数据帧进行进一步阈值滤波信息处理，有效剔除具有明显彩色特征的虚假目标信号；无繁琐运算迭代处理，计算量较小，实时性高，有利于提高系统目标探测的搜索效率。
附图说明
图1为本发明线阵信号目标提取装置组成示意图。
图2为本发明线阵信号提取方法的工作流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
如图1所示，本实施例中的线阵信号目标提取装置由前端信号获取单元、线阵信号提取处理单元、LED阵列、声告警模块组成。线阵信号提取处理装置接收前端信号获取单元的数据，通过读取外部中断的方式读取前端信号获取单元中的双口RAM数据，通过读取端口GPIO信号高低判断受到的线阵信号是属于有激光帧序列还是无激光帧序列，并通过信号处理的方法处理两帧序列，进而完成对线阵目标信号的有效提取。当获取到有效目标信号时，线阵传感器对应的LED阵列以闪烁并伴随声音呈现告警信号，使用者通过目镜可以观察探测目标及其位置。
在对目标进行侦察探测时，可手持该装置，操作工作流程如图2所示。具体包括以下步骤：
步骤1：通过按动线阵信号目标提取装置上壳板的激光发射按钮启动激光发射组件，使激光工作频率与CCD工作频率一致；
步骤2：开启激光接收组件，用于接收探测器反射的光束，使CCD数据采集电路与其它功能模块工作时钟同步；
步骤3：按照预设的1ms的中断周期读取前端信号获取单元的中断脉冲信号，在获得中断信号后读取该单元的双口RAM区域数据；
步骤4：读取GPIO控制信号，判断收到的帧序列数据是有激光帧信号或者无激光帧序列。GPIO输出高电平为有激光帧信号，输出低电平为无激光帧序列。收到无激光帧序列时，继续等待接收下一帧数据。当收到有激光帧信号时，存储该帧数据为A0，并继续等待中断脉冲信号读取下一帧的无激光帧序列，并存储为B0。
步骤5：对步骤4获取的两帧数据按像素进行差分处理，得到序列C0序列，序列中像素数为2048。
步骤6：对序列C0查询比较得到最大值，记为Max[C0]＝M，对应的序号为i，继续查询比较得出序列的次高值，记为Max2[C0]＝S，对应的序号为j，取区列C0的均值aver：
Figure BDA0002632733870000061
步骤7：如果M<aver，认为不满足猫眼目标的数值特征，直接等待下一个中断信号继续读取帧序列。
步骤8：如果M>aver且S>q1*M时，且i＝j+1或者i＝j-1，计算除序列i和j以外的序列均值aver1：
Figure BDA0002632733870000062
比较aver1与M，如果aver1<M*q2，则认为序列中坐标点i的位置是目标坐标值，符合猫眼目标特征；其中，q1与q2的取值根据经验值分别取值为0.2、0.1。
步骤9：根据步骤8中判断的结果，根据i的数值判断目标在视场中的相对位置，通过控制对应的LED阵列使其闪烁并伴随声音呈现告警信号，便于使用者通过目镜可以观察探测目标及其位置，同时可通过RS232串口向上位机发送位置信息。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种线阵信号目标提取装置，其特征在于，包括：前端信号获取单元、线阵信号提取处理单元、LED阵列、声告警模块；线阵信号提取处理单元接收前端信号获取单元的数据，通过读取外部中断的方式读取前端信号获取单元中的双口RAM数据，通过读取端口GPIO信号高低判断收到的线阵信号为有激光帧信号或无激光帧序列，线阵信号提取处理单元处理有激光帧信号和无激光帧序列，完成对线阵目标信号的有效提取；当获取到有效目标信号时，线阵传感器对应的LED阵列闪烁、声告警模块发出声音呈现告警信号，使用者通过目镜观察探测目标及其位置。
2.根据权利要求1所述的线阵信号目标提取装置，其特征在于，还包括壳体，所述前端信号获取单元、线阵信号提取处理单元、LED阵列和声告警模块均布置在壳体内。
3.根据权利要求2所述的线阵信号目标提取装置，其特征在于，所述壳体上还设置有操作按钮和观察目镜，操作按钮是激光发射接收按钮，激光发射接收按钮用于启动激光发射组件，并同时开启前端信号获取单元的激光接收组件，激光接收组件包括CCD；观察目镜用于使用者在收到声告警信号同时通过目镜观察猫眼目标在LED阵列显示的位置。
4.基于权利要求3所述线阵信号目标提取装置的线阵信号目标提取方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：通过按动线阵信号目标提取装置上壳板的激光发射按钮启动激光发射组件；
步骤2：开启激光接收组件，用于接收探测器反射的光束；
步骤3：按照预设的中断周期读取前端信号获取单元的中断脉冲信号，在获得中断信号后读取该单元的双口RAM区域数据；
步骤4：读取GPIO控制信号，判断收到的帧序列数据是有激光帧信号或者无激光帧序列；收到无激光帧序列时，继续等待接收下一帧数据；当收到有激光帧信号时，存储该帧数据为A0，并继续等待中断脉冲信号读取下一帧的无激光帧序列，并存储为B0；
步骤5：对步骤4获取的两帧数据按像素进行差分处理，得到序列C0序列，序列中像素数为N；
步骤6：对序列C0查询比较得到最大值，记为Max[C0]＝M，对应的序号为i，继续查询比较得出序列的次高值，记为Max2[C0]＝S，对应的序号为j，取区列C0的均值aver：
Figure FDA0002632733860000021
步骤7：如果M<aver，认为不满足猫眼目标的数值特征，直接等待下一个中断信号继续读取帧序列；
步骤8：如果M>aver且S>q1*M时，且i＝j+1或者i＝j-1，且计算除序列i和j以外的序列均值aver1：
Figure FDA0002632733860000022
比较aver1与M，如果aver1<M*q2，则认为序列中坐标点i的位置是目标坐标值，认为符合猫眼目标特征；
步骤9：根据步骤8中判断的结果，根据i的数值判断目标在视场中的相对位置，通过控制对应的LED阵列使其闪烁并伴随声音呈现告警信号，使用者通过目镜观察探测目标及其位置，同时通过RS232串口向上位机发送位置信息。
5.根据权利要求4所述的线阵信号目标提取方法，其特征在于，所述步骤1中，激光工作频率与CCD工作频率一致。
6.根据权利要求5所述的线阵信号目标提取方法，其特征在于，所述步骤2中，激光接收组件接收探测器反射的光束时，CCD数据采集电路与其它功能模块工作时钟同步。
7.根据权利要求6所述的线阵信号目标提取方法，其特征在于，所述步骤3中，预设的中断周期为1ms。
8.根据权利要求7所述的线阵信号目标提取方法，其特征在于，所述步骤4中，GPIO输出高电平为有激光帧信号，输出低电平为无激光帧序列。
9.根据权利要求8所述的线阵信号目标提取方法，其特征在于，所述步骤5中，序列中像素数为N＝2048。
10.根据权利要求9所述的线阵信号目标提取方法，其特征在于，所述步骤8中，q1与q2的取值分别为0.2、0.1。
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CN113746565A (zh) * 2021-09-08 2021-12-03 西安应用光学研究所 线阵反狙击手探测系统激光回波信号接收装置及方法

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Inventor after: Mi Jianjun

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Inventor after: Li Baojun

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