CN112393643A - 无人车激光反狙击系统及其反狙击控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人车激光反狙击系统及其反狙击控制系统，无人车激光反狙击系统包括有无人车移动平台，设置于无人车移动平台上的控制系统、二轴伺服转台、激光发射系统和观瞄系统；激光发射系统、观瞄系统均设置于二轴伺服转台上，观瞄系统、二轴伺服转台、激光发射系统、无人车移动平台均与控制系统连接。本发明的无人车激光反狙击系统通过无人化车载移动平台实现自主后远程遥控机动部署，可根据现场环境的需要进行实时调整，并利用可见激光和红外激光实现对狙击手的反制，在复杂战场环境下减少反狙击的伤亡，实现无人车机动部署条件下的反狙击。
Description
技术领域
本发明涉及光电技术领域，具体涉及一种城市作战、反恐和警戒等场合的反狙击系统及其反狙击控制方法。
背景技术
狙击手是负责隐蔽伏击的武装力量成员。在复杂的战场环境中，敌方狙击手利用自身携带的装备进行远距离袭扰和侦察，从而产生巨大威胁，此时反狙击变成了重要的抵制手段。在反狙击的过程中，要具备机动、侦察、反制和减少人员伤亡的能力。但大部分的反狙击系统都是被动探测，虽然可准确发现狙击手位置实现反狙击，但只有当狙击手发出第一枪后才能发现，这只能是一种亡羊补牢的方法，且容易造成人员伤亡。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种无人车激光反狙击系统及其反狙击控制方法，在复杂战场环境下减少反狙击的伤亡，实现无人车机动部署条件下的反狙击。
本发明的技术方案为：
无人车激光反狙击系统，包括有无人车移动平台，设置于无人车移动平台上的控制系统、二轴伺服转台、激光发射系统和观瞄系统；所述的观瞄系统、二轴伺服转台、激光发射系统、无人车移动平台均与控制系统连接；所述的激光发射系统包括有激光器和发射光束调整系统，激光器固定于无人车移动平台上，发射光束调整系统固定在二轴伺服转台上，激光器的激光输出端与发射光束调整系统的输入端连接，发射光束调整系统对激光器输出的激光束进行调整后输出激光光束；所述的观瞄系统包括有固定于二轴伺服转台上的光电观察系统和侦查系统，所述的光电观察系统用于对周边环境和目标进行观察和跟瞄，侦查系统用于对狙击目标进行寻找和发现。
所述的无人车移动平台为半自主遥控无人车，通过地形检测传感器探查路况，并将路况信息和工作状态实时反馈给控制系统。
所述的激光发射系统的激光器包括有波长为1064nm的红外激光器和波长为532nm的绿光激光器，两个激光器的激光输出端均与发射光束调整系统的输入端连接。
所述的二轴伺服转台包括有固定于无人车移动平台上的水平转台、固定于水平转台上的俯仰转台、固定于俯仰转台上的垂直陀螺仪和固定于无人车移动平台上的控制柜，所述的垂直陀螺仪与控制柜连接，所述的控制柜、水平转台的驱动电机、俯仰转台的驱动电机均与控制系统连接。
所述的光电观察系统包括有可见光摄像机、红外观测仪、测距机、照度计和pm2.5检测仪，所述的侦查系统包括有近红外脉冲激光器。
所述的控制系统包括有可编程逻辑控制器、与可编程逻辑控制器连接的显示屏和无线通信模块，所述的无人车移动平台、二轴伺服转台、激光发射系统、观瞄系统均与可编程逻辑控制器连接。
无人车激光反狙击系统的反狙击控制方法，具体包括有以下步骤：
(1)、首先控制系统控制侦查系统的近红外脉冲激光器向扇形区域发射光束，且与光电观察系统的红外观测仪出光同步，寻找可疑亮点，在发现亮点后，控制系统利用已录入信息自动进行敌我识别的比对，在发现不明活动人员或设备后，再利用光电观察系统的可见光摄像机和红外观测仪对可疑目标进行重点拍摄，实现对可疑目标的侦察图像的初步获取，获取的侦查图像和获取过程会实时通过控制系统的无线通信模块传输到远程遥控机上，并显示在远程遥控机的人机交互界面上，供操作人员进一步分辨识别；
(2)、在激光反狙击的过程中，向目标区域发射激光，实现对目标所在区域的指引，当瞄准目标人员携带的光电侦察设备时，通过激光器发射的光束光斑覆盖光电侦察设备的摄像系统传感器，使目标人员携带的光电侦察设备出现大面积过爆光斑而无法工作；
(3)、在激光反狙击的过程中，当发现目标人员时，利用激光发射系统的发射光束调整系统放大光束直径减小功率密度来照射目标人员的眼睛或聚焦光束增加功率密度照射目标人员的皮肤。
所述的无人车激光反狙击系统工作之前，对激光发射系统发射光束和观瞄系统的光轴进行校准工作，实现激光光束和瞄准线的通向一致；首先设置一个与固定基站点有一定距离的参考点，在参考点处设置固定靶来标志这个参考点，固定靶的靶心标记即为参考点，再利用光电观察系统的测距机测量发射光束调整系统出光口与靶心的距离，然后用激光发射系统对参考点进行激光辐照，使得发射的激光的光轴能够对准参考点靶心，在控制系统显示屏显示的可见光视场中，观察固定靶靶心与可见光摄像机瞄准视线之间的偏移量(y,z)并记录，同时记录靶距离x和可见光摄像机的调焦倍率n，变换靶距离和可见光摄像机的调焦倍率，并进行相同记录操作，重复多次，由此得出目标平面偏移量(y,z)与靶距离x及倍率n的关系，并记录上述参数的关系，得到关系y＝f(x,n),z＝f(x,n)的数据库，完成校准，当系统工作时，在控制系统中瞄准锁定目标人物及其光电侦察设备后，系统会根据参数目标距离x和调焦倍率n的值调整偏移量(y,z)，使得观瞄设备的准星落在激光光轴和目标的交点上。
所述的无人车移动平台到达预定区域后，控制系统对二轴伺服转台进行水平调节，首先通过垂直陀螺仪监测二轴伺服转台的运动及姿态信息，并将监测的俯仰和水平方位信息发送到控制系统，控制系统利用俯仰与水平方位调节二轴伺服转台的驱动电机，在竖直和水平两个方向上进行水平角度校正，直至二轴伺服转台处于垂直重力方向的水平状态，使得激光发射系统的发射光束调整系统和观瞄系统处在水平状态，从而完成水平调节。
所述的观瞄系统包括有高可视模式和低可视度模式，模式选择的具体操作为：首先通过光电观察系统的照度计与pm2.5检测仪，确定工作环境的光照情况与空气质量，通过光照强度和空气质量自动判断人眼可视距离，切换观瞄系统的工作模式，实现最佳工作状态；其中，当光照良好可视距离良好，观瞄系统在高可视模式下工作，通过可调焦的可见光摄像机拍摄目标信息和利用红外观测仪拍摄光束光斑的状态；当在弱光、烟尘或风沙的情况下，观瞄系统在低可视模式下工作，利用红外观测仪观测目标与光束的状态。
本发明的优点：
本发明的无人车激光反狙击系统通过无人化车载移动平台实现自主后远程遥控机动部署，可根据现场环境的需要进行实时调整，并利用可见激光和红外激光实现对狙击手的反制。在实际的应用中，无人车在操作人员的控制下完成机动部署，通过光电观察系统将侦察的画面信息实时传输，实现对目标的发现、确认和瞄准；同时可以通过调整激光光束的发射角度和发散角等参数，对目标进行高强度照射，造成目标人员出现灼热、炫目、暂时失明等不适感，造成电子侦察设备出现干扰光斑、阻碍电子侦察设备的正常工作，最终实现无人车快速机动布置条件下的反狙击。
本发明结构紧凑简单、集成化程度高，可快速机动部署；系统响应迅速，搜索距离远；无人遥控操作，方便掩护操作人员，减少伤亡；具有多种环境下的工作能力，使用场景多样。
附图说明
图1是本发明实施例无人车激光反狙击系统的结构示意图。
图2是本发明实施例无人车激光反狙击系统的控制原理框图，其中，“—”为信号链路，“---”为光路。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
见图1和图2，无人车激光反狙击系统，包括有无人车移动平台1，设置于无人车移动平台1上的控制系统2、二轴伺服转台、激光发射系统和观瞄系统；无人车移动平台1为半自主遥控无人车，通过地形检测传感器探查路况，并将路况信息和工作状态实时反馈给控制系统；控制系统2包括有可编程逻辑控制器、与可编程逻辑控制器连接的显示屏和无线通信模块，无人车移动平台1用于无线通信模块通讯的通信天线11，无人车移动平台1、二轴伺服转台、激光发射系统、观瞄系统均与可编程逻辑控制器连接；
二轴伺服转台包括有固定于无人车移动平台1上的水平转台3、固定于水平转台3上的俯仰转台4、固定于俯仰转台4上的垂直陀螺仪5和固定于无人车移动平台上的控制柜6，垂直陀螺仪5与控制柜6连接，控制柜6、水平转台3的驱动电机、俯仰转台4的驱动电机均与控制系统1的可编程逻辑控制器连接；
激光发射系统包括有波长为1064nm的红外激光器和波长为532nm的绿光激光器7、以及发射光束调整系统8，两个激光器7固定于无人车移动平台1上，发射光束调整系统8固定在二轴伺服转台的俯仰转台4上，两个激光器7的激光输出端均与发射光束调整系统8的输入端连接，发射光束调整系统8对激光器7输出的激光束进行调整后输出激光光束；
观瞄系统包括有固定于二轴伺服转台俯仰转台4上的光电观察系统9和侦查系统10，光电观察系统9用于对周边环境和目标进行观察和跟瞄，侦查系统10用于对狙击目标进行寻找和发现；光电观察系统9包括有可见光摄像机、红外观测仪、测距机、照度计和pm2.5检测仪，侦查系统10包括有近红外脉冲激光器。
无人车激光反狙击系统的反狙击控制方法，具体包括有以下步骤：
(1)、无人车激光反狙击系统工作之前，对激光发射系统发射光束和观瞄系统的光轴进行校准工作，实现激光光束和瞄准线的通向一致；首先设置一个与固定基站点有一定距离的参考点，在参考点处设置固定靶来标志这个参考点，固定靶的靶心标记即为参考点，再利用光电观察系统的测距机测量发射光束调整系统出光口与靶心的距离，然后用激光发射系统对参考点进行激光辐照，使得发射的激光的光轴能够对准参考点靶心，在控制系统显示屏显示的可见光视场中，观察固定靶靶心与可见光摄像机瞄准视线之间的偏移量(y,z)并记录，同时记录靶距离x和可见光摄像机的调焦倍率n，变换靶距离和可见光摄像机的调焦倍率，并进行相同记录操作，重复多次，由此得出目标平面偏移量(y,z)与靶距离x及倍率n的关系，并记录上述参数的关系，得到关系y＝f(x,n),z＝f(x,n)的数据库，完成校准，当反狙击系统工作时，在控制系统中瞄准锁定目标人物及其光电侦察设备后，控制系统会根据参数目标距离x和调焦倍率n的值调整偏移量(y,z)，使得观瞄系统的准星落在激光光轴和目标的交点上；
(2)、无人车移动平台到达预定区域后，控制系统1对二轴伺服转台进行水平调节，首先通过垂直陀螺仪5监测二轴伺服转台的运动及姿态信息，并将监测的俯仰和水平方位信息发送到控制系统1，控制系统1利用俯仰与水平方位调节二轴伺服转台的驱动电机，在竖直和水平两个方向上进行水平角度校正，直至二轴伺服转台处于垂直重力方向的水平状态，使得激光发射系统的发射光束调整系统和观瞄系统处在水平状态，从而完成水平调节；
(3)、首先控制系统1控制侦查系统10的近红外脉冲激光器向扇形区域发射光束，且与光电观察系统9的红外观测仪出光同步，寻找可疑亮点，在发现亮点后，控制系统利用已录入信息自动进行敌我识别的比对，在发现不明活动人员或设备后，再利用光电观察系统9的可见光摄像机和红外观测仪对可疑目标进行重点拍摄，实现对可疑目标的侦察图像的初步获取，获取的侦查图像和获取过程会实时通过通信天线11传输到远程遥控机上，并显示在远程遥控机的人机交互界面上，供操作人员进一步分辨识别；
(4)、在激光反狙击的过程中，使用红外激光器作为激光光源，实现对目标所在区域的指引，当瞄准目标人员携带的光电侦察设备时，通过红外激光器发射的光束光斑覆盖光电侦察设备的摄像系统传感器，使目标人员携带的光电侦察设备出现大面积过爆光斑而无法工作；
(5)、在激光反狙击的过程中，当发现目标人员时，利用发射光束调整系统放大光束直径减小功率密度来照射目标人员的眼睛、使其有炫目致盲的不适感，或聚焦光束增加功率密度照射目标人员皮肤、灼烧目标人员；其中，使用532nm的绿光激光器，可以造成目标人员的视觉不适和短暂的致盲效果；使用1064nm红外激光器，可以造成目标人员有灼热的不适感；通过多种手段，最终实现干扰、引导和驱离的反狙击操作。
其中，观瞄系统包括有高可视模式和低可视度模式，模式选择的具体操作为：首先通过光电观察系统9的照度计与pm2.5检测仪，确定工作环境的光照情况与空气质量，通过光照强度和空气质量自动判断人眼可视距离，切换观瞄系统的工作模式，实现最佳工作状态；其中，当光照良好可视距离良好，观瞄系统在高可视模式下工作，通过可调焦的可见光摄像机拍摄目标信息和利用红外观测仪拍摄光束光斑的状态；当在弱光、烟尘或风沙的情况下，观瞄系统在低可视模式下工作，利用红外观测仪观测目标与光束的状态。
为了实现激光光束发挥作用，需要让激光光束持续不断地覆盖目标，所以光束在目标所在位置的直径有最低要求。为了实现预期效果，将发射光束调整系统8设计为焦距可调的结构，可根据不同大小和不同位置的目标将激光光束直径调整为所需的数值大小。其中需要有光束最小光斑直径的计算方法：最小激光光束直径＝(系统的响应时间+网络延迟)×目标运动速度+(二轴伺服转台转动的角度精度+发射光束校准的角度精度+调平的角度精度)×目标到转台的距离。其中，系统的响应时间在70ms以内，网络延迟在30ms以内，转台转动的角度精度优于0.2mrad，调平的角度精度为0.2mrad，发射光束的校准精度优于0.2mrad。假设目标的运动速度为0.5m/s，距离为500m，由此计算出的光束最小直径为0.35m，对应发射光束的发散为0.7mrad。设计控制系统可根据目标位置实时发送指令控制发射光束调整系统进行调焦，优化光束发散角。系统操作人员可参考计算结果进行发射光束光斑大小和发散角的调节。
总结无人车激光反狙击系统的操作流程：1)确保视野开阔，设备使用时周围没有干扰物；2)系统开机自检，进入工作状态；3)依据现场环境选择所需的工作模式，无人车开始机动部署；4)使用观瞄系统对可疑区域进行侦察，对可疑目标进行跟踪和瞄准；5)通过控制系统对激光发射系统发送“反狙击”指令，发射激光。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.无人车激光反狙击系统，其特征在于：包括有无人车移动平台，设置于无人车移动平台上的控制系统、二轴伺服转台、激光发射系统和观瞄系统；所述的观瞄系统、二轴伺服转台、激光发射系统、无人车移动平台均与控制系统连接；所述的激光发射系统包括有激光器和发射光束调整系统，激光器固定于无人车移动平台上，发射光束调整系统固定在二轴伺服转台上，激光器的激光输出端与发射光束调整系统的输入端连接，发射光束调整系统对激光器输出的激光束进行调整后输出激光光束；所述的观瞄系统包括有固定于二轴伺服转台上的光电观察系统和侦查系统，所述的光电观察系统用于对周边环境和目标进行观察和跟瞄，侦查系统用于对狙击目标进行寻找和发现。
2.根据权利要求1所述的无人车激光反狙击系统，其特征在于：所述的无人车移动平台为半自主遥控无人车，通过地形检测传感器探查路况，并将路况信息和工作状态实时反馈给控制系统。
3.根据权利要求1所述的无人车激光反狙击系统，其特征在于：所述的激光发射系统的激光器包括有波长为1064nm的红外激光器和波长为532nm的绿光激光器，两个激光器的激光输出端均与发射光束调整系统的输入端连接。
4.根据权利要求1所述的无人车激光反狙击系统，其特征在于：所述的二轴伺服转台包括有固定于无人车移动平台上的水平转台、固定于水平转台上的俯仰转台、固定于俯仰转台上的垂直陀螺仪和固定于无人车移动平台上的控制柜，所述的垂直陀螺仪与控制柜连接，所述的控制柜、水平转台的驱动电机、俯仰转台的驱动电机均与控制系统连接。
5.根据权利要求1所述的无人车激光反狙击系统，其特征在于：所述的光电观察系统包括有可见光摄像机、红外观测仪、测距机、照度计和pm2.5检测仪，所述的侦查系统包括有近红外脉冲激光器。
6.根据权利要求1所述的无人车激光反狙击系统，其特征在于：所述的控制系统包括有可编程逻辑控制器、与可编程逻辑控制器连接的显示屏和无线通信模块，所述的无人车移动平台、二轴伺服转台、激光发射系统、观瞄系统均与可编程逻辑控制器连接。
7.根据权利要求1所述的无人车激光反狙击系统的反狙击控制方法，其特征在于：具体包括有以下步骤：
(1)、首先控制系统控制侦查系统的近红外脉冲激光器向扇形区域发射光束，且与光电观察系统的红外观测仪出光同步，寻找可疑亮点，在发现亮点后，控制系统利用已录入信息自动进行敌我识别的比对，在发现不明活动人员或设备后，再利用光电观察系统的可见光摄像机和红外观测仪对可疑目标进行重点拍摄，实现对可疑目标的侦察图像的初步获取，获取的侦查图像和获取过程会实时通过控制系统的无线通信模块传输到远程遥控机上，并显示在远程遥控机的人机交互界面上，供操作人员进一步分辨识别；
(2)、在激光反狙击的过程中，向目标区域发射激光，实现对目标所在区域的指引，当瞄准目标人员携带的光电侦察设备时，通过激光器发射的光束光斑覆盖光电侦察设备的摄像系统传感器，使目标人员携带的光电侦察设备出现大面积过爆光斑而无法工作；
(3)、在激光反狙击的过程中，当发现目标人员时，利用激光发射系统的发射光束调整系统放大光束直径减小功率密度来照射目标人员的眼睛或聚焦光束增加功率密度照射目标人员的皮肤。
8.根据权利要求7所述的反狙击控制方法，其特征在于：所述的无人车激光反狙击系统工作之前，对激光发射系统发射光束和观瞄系统的光轴进行校准工作，实现激光光束和瞄准线的通向一致；首先设置一个与固定基站点有一定距离的参考点，在参考点处设置固定靶来标志这个参考点，固定靶的靶心标记即为参考点，再利用光电观察系统的测距机测量发射光束调整系统出光口与靶心的距离，然后用激光发射系统对参考点进行激光辐照，使得发射的激光的光轴能够对准参考点靶心，在控制系统显示屏显示的可见光视场中，观察固定靶靶心与可见光摄像机瞄准视线之间的偏移量(y,z)并记录，同时记录靶距离x和可见光摄像机的调焦倍率n，变换靶距离和可见光摄像机的调焦倍率，并进行相同记录操作，重复多次，由此得出目标平面偏移量(y,z)与靶距离x及倍率n的关系，并记录上述参数的关系，得到关系y＝f(x,n),z＝f(x,n)的数据库，完成校准，当系统工作时，在控制系统中瞄准锁定目标人物及其光电侦察设备后，系统会根据参数目标距离x和调焦倍率n的值调整偏移量(y,z)，使得观瞄设备的准星落在激光光轴和目标的交点上。
9.根据权利要求7所述的反狙击控制方法，其特征在于：所述的无人车移动平台到达预定区域后，控制系统对二轴伺服转台进行水平调节，首先通过垂直陀螺仪监测二轴伺服转台的运动及姿态信息，并将监测的俯仰和水平方位信息发送到控制系统，控制系统利用俯仰与水平方位调节二轴伺服转台的驱动电机，在竖直和水平两个方向上进行水平角度校正，直至二轴伺服转台处于垂直重力方向的水平状态，使得激光发射系统的发射光束调整系统和观瞄系统处在水平状态，从而完成水平调节。
10.根据权利要求7所述的反狙击控制方法，其特征在于：所述的观瞄系统包括有高可视模式和低可视度模式，模式选择的具体操作为：首先通过光电观察系统的照度计与pm2.5检测仪，确定工作环境的光照情况与空气质量，通过光照强度和空气质量自动判断人眼可视距离，切换观瞄系统的工作模式，实现最佳工作状态；其中，当光照良好可视距离良好，观瞄系统在高可视模式下工作，通过可调焦的可见光摄像机拍摄目标信息和利用红外观测仪拍摄光束光斑的状态；当在弱光、烟尘或风沙的情况下，观瞄系统在低可视模式下工作，利用红外观测仪观测目标与光束的状态。
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