CN112817024A - 基于北斗-超短波-光电感知的机载搜索定位装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于北斗‑超短波‑光电感知的机载搜索定位装置及方法，包括：北斗、超短波定向仪、救生电台、光电探测仪和信息管理中心，北斗、超短波定向仪、救生电台、光电探测仪分别安装于搜救飞机上，且与信息管理中心分别进行信息互通；信息管理中心包含导航处理模块、视频采集模块、图像处理模块、母板转接电路和I/O接口模块，北斗、超短波定向仪、救生电台分别与导航处理模块双向通信；光电探测仪与图像处理模块双向通信。本发明将北斗、超短波和光电感知相结合，对目标进行搜索，形成一个多手段相互协作的定位装置，提高了搜救定位的准确性和定位效率，避免造成遇险目标的错失或丢失的问题。
Description
技术领域
本发明涉及航空搜救技术领域，具体涉及一种基于北斗-超短波-光电感知的机载搜索定位装置及方法，应用于航空搜救平台。
背景技术
航空搜救平台由于其机动性强、响应速度快的特点，可广泛应用于航空灾难搜救、自然灾害搜救、海事灾难搜救、边远山区搜救等方面，在整个搜救行动中发挥着不可替代的重要作用，而装备有搜索定位处理系统的搜索引导飞机由于其机动性强、覆盖范围大的优势，可以迅速对预定区域进行搜索，确定目标的位置，可以弥补搜救装备能力的不足，健全搜救指挥与监控能力，完善搜救体系建设。通过多年使用与积累，现役搜索引导飞机已具备一定的平战结合的搜救能力，但与美军等世界先进国家搜救力量相比仍然存在一定的差距，并且存在以下问题亟待解决。
搜索定位手段不够丰富，缺乏统一的搜索定位处理系统集成。在执行搜索引导任务时，现役搜索引导飞机采用北斗、超短波两种方式的搜索定位手段，并基于相应的单体设备开展简单的搜索引导任务，而由于缺乏统一的搜索定位处理系统集成，因此并未将各种搜索定位信息进行集成和综合处理；此外，在近距范围内搜索或无线电手段通信效果不佳的情况下，易造成遇险目标的错失或丢失，无法完成现场确认工作，进而影响搜索效能和能力的有效发挥。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提出一种基于北斗-超短波-光电感知的机载搜索定位装置及方法，将北斗、超短波和光电感知相结合，对目标进行搜索，形成一个多手段相互协作的定位装置，提高了搜救定位的准确性和定位效率，避免造成遇险目标的错失或丢失，无法完成现场确认的问题。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。
基于北斗-超短波-光电感知的机载搜索定位装置，包括：北斗、超短波定向仪、救生电台、光电探测仪和信息管理中心，所述北斗、超短波定向仪、救生电台、光电探测仪分别安装于搜救飞机上，且与所述信息管理中心分别进行信息互通；
所述信息管理中心包含导航处理模块、视频采集模块、图像处理模块、母板转接电路和I/O接口模块，所述北斗、超短波定向仪、救生电台依次通过I/O接口模块和母板转接电路分别与导航处理模块进行双向通信；所述光电探测仪通过视频采集模块与图像处理模块进行双向通信。
本发明的特点和进一步的改进在于：
进一步的，所述导航处理模块用于生成Pcie总线的地址信号、数据信号和控制信号，并将该信号分别传输至北斗、超短波定向仪和救生电台；同时，对北斗、超短波定向仪和救生电台传输来的目标信息进行叠加和融合处理，生成导航路线和导航界面；
所述北斗接收导航处理模块的控制指令并通过卫星进行目标搜救，获取目标的经纬度、相对方位和身份信息，并将该信息传输至导航处理模块；
所述超短波定向仪接收导航处理模块的控制指令并通过超短波进行目标搜救，获取目标的相对方位和身份信息，并将该信息传输至导航处理模块；
所述救生电台接收导航处理模块的控制指令并通过超短波进行目标搜救，获取目标的经纬度、相对方位和身份信息，并将该信息传输至导航处理模块；
所述光电探测仪接收图像处理模块的控制指令并通过对目标区域进行红外或可见光探测，获取目标区域的光电图像，并将光电图像通过视频采集模块传输至图像处理模块；
所述母板转换电路用于对信息管理中心内部的各信号进行分配，同时用于进行所有机载设备的电源转接及转换，为各设备提供相应供电；
所述I/O接口模块用于实现信息管理中心与机载设备之间各离散量、RS422、HB6096的输入、输出接口的处理。
进一步地，所述导航处理模块通过Pcie2.0总线与母板转接电路连接，所述母板转接电路通过3个RS422数据接口与I/O接口模块连接，所述北斗、救生电台、机载光电探测仪分别与I/O接口模块以RS422数据接口形式进行双向通信连接，所述超短波定向仪与I/O接口模块以HB6096数据接口形式进行双向通信。
进一步地，所述视频采集模块通过CameraLink接口与光电探测仪进行连接，完成视频的采集；所述视频采集模块以Pcie2.0总线与图像处理模块连接，将采集图像实时传输至图像处理模块。
进一步地，还包括显示器，所述显示器通过DVI接口、母板转接电路与导航处理模块连接，使导航处理模块生成的导航界面通过显示器进行显示。
进一步地，所述搜救飞机还具有光纤惯性导航部件，所述光纤惯性导航部件与I/O接口模块以RS422数据接口形式进行双向通信。
进一步地，所述图像处理模块生成的光电图像通过母板转接电路与显示器的DVI接口连接。
进一步地，所述导航处理模块的APU主频为1.2GHz，内存2GB DDR3，最大工作频率为1066MHz。
进一步地，所述图像处理模块的主处理器选用Nvidia Jetson TX2i，内存8G。
基于北斗-超短波-光电感知的机载搜索定位方法，包括以下步骤：
S1：导航处理模块和图像处理模块分别通过界面操作控制各机载设备进行目标搜索，获取目标信息；
其中，机载设备包含救生电台、超短波定向仪、北斗和光电探测仪；目标信息为目标的经纬度、相对方位和身份；
S2：导航处理模块和图像处理模块对各机载设备回传的目标信息进行信息叠加和融合处理，对遇险目标进行身份及信息识别，并在电子航图或海图上对目标进行显示标注。
进一步地，当飞机相对遇险目标距离较远，即超出机载救生电台、超短波定向仪的超短波搜索作用距离时，导航处理模块控制利用北斗进行目标搜索定位；
当飞机趋近遇险目标并进入超短波作用距离范围内时，导航处理模块控制利用救生电台和超短波定向仪进行目标搜索定位；
当飞机与遇险目标的距离进入光电探测作用距离范围时，图像处理模块控制利用机载光电探测仪进行目标搜索定位。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明基于北斗、超短波和光电感知技术的特点，对整个搜救过程按距离进行划分，避免都就过程中目标信号的丢失；运用超短波、北斗、光电探测仪等多样化的探测手段进行搜救，获取目标的准确信息，并通过语音、图像、短报文/数据等多手段监控搜救全过程，提高搜索准确性和搜救效率，保证应急救援的时效性，避免目标丢失的现象。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
图1为本发明的一种基于北斗-超短波-光电感知的机载搜索定位装置的连接示意图；
图2为本发明实施例的基于北斗-超短波-光电感知的机载搜索定位装置的信号连接图；
图3为本发明实施例的导航界面图；
以上图中，1北斗；2超短波定向仪；3救生电台；4光电探测仪；5信息管理中心；51导航处理模块；52视频采集模块；53图像处理模块；54母板转接电路；55I/O接口模块；6光纤惯性导航部件。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域的技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。
参考图1和图2，本发明提供一种基于北斗1-超短波-光电感知的机载搜索定位装置，包括：北斗1、超短波定向仪2、救生电台3、光电探测仪4和信息管理中心5，所述北斗1、超短波定向仪2、救生电台3、光电探测仪4分别安装于搜救飞机上，且与所述信息管理中心5分别进行信息互通；所述信息管理中心5包含导航处理模块51、视频采集模块52、图像处理模块53、母板转接电路54和I/O接口模块55，所述北斗1、超短波定向仪2、救生电台3依次通过I/O接口模块55和母板转接电路54分别与导航处理模块51进行双向通信；所述光电探测仪4依次通过视频采集模块52、图像处理模块53和母板转接电路54与导航处理模块51进行双向通信。
以上实施例中，北斗1(北斗1收发机)、超短波定向仪2、救生电台3和光电探测仪4均为机载设备，通过以上机载救生探测设备进行目标的搜索和定位。
所述导航处理模块51用于生成Pcie总线的地址信号、数据信号和控制信号，并将该信号分别传输至北斗1、超短波定向仪2、救生电台3；同时，对北斗1、超短波定向仪2、救生电台3传输来的目标信息进行叠加和融合处理，生成导航路线和导航界面，如图3所示。具体地，导航处理模块51的APU主频为1.2GHz、内存2GB DDR3，最大工作频率1066MHz；主要完成信息管理中心5的数据处理的功能，产生Pcie总线的地址信号、数据信号和控制信号，同时其上集成的电子盘模块用于存储操作系统、地图和应用程序，以及运行操作系统和应用程序时的临时文件；此外，内部选用500GB电子盘，视频压缩格式：H.265；高清(1920*1080，30帧/秒)码流不大于4Mbps，主要用于对信息管理中心5输出的DVI图像进行压缩和记录。
所述北斗1接收导航处理模块51的控制指令并通过卫星进行目标搜救，获取目标的经纬度、相对方位和身份信息，并将该信息传输至导航处理模块51；
所述超短波定向仪2接收导航处理模块51的控制指令并通过超短波进行目标搜救，获取目标的相对方位和身份信息，并将该信息传输至导航处理模块51；
所述救生电台3接收导航处理模块51的控制指令并通过超短波进行目标搜救，获取目标的经纬度、相对方位和身份信息，并将该信息传输至导航处理模块51；
所述光电探测仪4接收导航处理模块51的控制指令并通过对目标区域进行红外或可见光探测，获取目标区域的光电图像，并将光电图像传输至导航处理模块51；
所述图像处理模块53的主处理模块选用Nvidia Jetson TX2i、内存8G，电子盘500GB，主要用于处理机载光电探测仪的可见光、红外、照片等图像信息，实现红外广域搜索图像处理等核心功能。
所述视频采集模块52主要用于实现对机载光电探测仪4通过CameraLink接口送来的视频图像的采集，并具有PCIE视频输出能力，实时转发全部接收数据给图像处理模块53。
所述母板转换电路用于对信息管理中心5内部的各信号进行分配，同时用于进行所有机载设备的电源转接及转换，为各设备提供相应供电。
所述I/O接口模块55用于实现信息管理中心5与机载设备之间各离散量、RS422、HB6096输入、输出接口的处理。
具体地，所述导航处理模块51通过Pcie2.0总线与母板转接电路54连接，所述母板转接电路54通过3个RS422数据接口与I/O接口模块55连接，所述北斗1、救生电台3、机载光电探测仪4分别与I/O接口模块55以RS422数据接口形式进行双向通信连接，所述超短波定向仪2与I/O接口模块55以HB6096数据接口形式进行双向通信。
进一步地，如图2所示，还包括显示器(即上显示器和下显示器)，所述显示器通过DVI接口、母板转接电路54与导航处理模块51连接，使导航处理模块51生成的导航界面通过下显示器进行显示。所述图像处理模块53生成的光电图像通过母板转接电路54与上显示器的DVI接口连接。
进一步地，所述搜救飞机还具有光纤惯性导航部件6，所述光纤惯性导航部件6与I/O接口模块55以RS422数据接口形式进行双向通信，主要进行飞机的导航工作。
本发明的信息管理中心5的结构采用机箱整体腔体设计，结构形式为机箱+安装托架的快卸安装方式，机箱可以和托架实现快速的拆卸和安装，从而保证设备的更换时间很短，极大的缩短了后期的维护时间；同时，机箱结构采用密封结构，有效地防止潮热、霉菌、盐雾对设备的侵蚀，延长设备的寿命。
本发明实施例的搜索定位方法包括以下步骤：
S1：导航处理模块51和图像处理模块分别通过界面操作完成各机载设备(机载救生电台3、超短波定向仪2、机载北斗1收发机、机载光电探测仪4)的相应控制，各机载设备开启进行相应的目标探测搜索，获取目标信息；在此过程中，导航处理模块51提供DVI图像信号将导航界面在显示器中进行显示。
S2：导航处理模块51和图像处理模块接收到上述回传的目标信息后进行信息叠加和融合处理，对遇险目标进行身份及信息识别，并在电子航图/海图画面上对其完成显示标注，如图3所示。
在以上过程中：根据目标信息(经纬度、相对方位、身份等)与飞机导航信息(如飞机经纬度和航向等，由光纤惯性导航部件6提供)，导航处理模块51进行搜索航线规划、搜索策略制定等搜索引导任务规划，引导飞机按照规划航线并根据遇险目标与飞机之间的相对距离大小采用不同的搜索定位手段对遇险目标进行下一步的搜索、定位；
当飞机相对遇险目标距离较远，即超出机载救生电台3、超短波定向仪2的超短波搜索作用距离时，导航处理模块51控制利用北斗1进行搜索定位，在飞往失事区域过程中可以通过监收或点对点通信功能获得遇险目标发送的定位信息(时间、经纬度等)，并结合该定位信息进行步骤S3中的搜索引导任务规划；
当飞机趋近遇险目标并进入超短波作用距离范围内时，导航处理模块51主要控制利用机载救生电台3、超短波定向仪2，通过一键式操作，控制机载救生电台3和超短波定向仪2分别处于自动工作状态，使机载救生电台3按照自动搜索工作流程获取遇险目标的绝对位置或相对载机的方向距离、超短波定向仪2获得失事目标相对载机的方向及目标频率，并结合该定位信息进行步骤S3中的搜索引导任务规划；
当飞机与遇险目标的距离进入光电探测作用距离范围时，图像处理模块53主要控制利用机载光电探测仪4，通过一键式操作，控制机载光电探测仪4按照自动搜索工作流程进行可见光、红外等光电手段搜索，完成对遇险目标的现场确认、拍照，确定遇险目标的即时位置和状态。
本发明中，在执行上述搜索步骤的同时，根据任务需要将遇险目标状态信息通过北斗1、话音等通信功能下传至指挥中心或附近搜救力量，引导附近搜救力量(直升机、舰船等)及时赶至事发区域对遇险目标实施救援，最终完成对遇险目标的搜救。
本实施例中的导航处理模块51与I/O接口模块55之间以Pcie2.0总线数据接口的形式保持双向通信连接，用于接收目标信息、发送控制指令；外部各机载设备(机载救生电台3、超短波定向仪2、机载北斗1收发机、机载光电探测设备等)与I/O接口模块55以RS422、HB6096数据接口的形式保持双向通信连接，用于发送目标信息、接收必要的控制指令；上述Pcie2.0总线与RS422、HB6096数据接口中的传输内容一致(含目标信息、控制指令等)，由I/O接口模块55负责完成数据的传输转换；
本实施例中的导航处理模块51通过任务综合处理软件的界面操作发送必要的控制指令，控制各机载设备(机载救生电台3、超短波定向仪2、机载北斗1收发机等)对遇险目标进行北斗1、超短波搜索定位，并使之回传相应的目标信息(经纬度、相对方位、身份等信息)；
本发明的信息管理中心5还与地面指挥中心进行无线信息互通。地面指挥中心向信息管理中心5下达搜救任务；信息管理中心5开始搜索引导任务规划，待飞抵搜索任务区后开展搜索引导任务。信息管理中心5根据地面指挥中心输入的任务信息、搜索任务区的气象条件、海况等因素，制定搜索策略，选择搜索使用设备，确定本次搜索任务的搜索航线，设置搜索设备工作模式及流程，完成搜索引导任务规划。搜索到目标后上报地面指挥中心；若在该区域未搜索到目标，可根据当时的气象条件、海况信息进行后续搜索区域建议，并上报地面指挥中心重新规划搜索任务。
当出现重大遇险事件且遇险环境复杂时，为提高搜寻效率，地面指挥中心进行任务分配，指派多个搜索力量前往各自的搜索区域，在其搜索区域内进行搜寻任务。信息管理中心5按照单机搜索策略开展搜索任务。为避免多个搜索力量对同一搜索区域进行重复搜索，浪费搜救资源，降低搜索效率，定位装置多机工作时增加协同搜索策略。
虽然，本说明书中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.基于北斗-超短波-光电感知的机载搜索定位装置，其特征在于，包括：北斗、超短波定向仪、救生电台、光电探测仪和信息管理中心，所述北斗、超短波定向仪、救生电台、光电探测仪分别安装于搜救飞机上，且与所述信息管理中心分别进行信息互通；
所述信息管理中心包含导航处理模块、视频采集模块、图像处理模块、母板转接电路和I/O接口模块，所述北斗、超短波定向仪、救生电台依次通过I/O接口模块和母板转接电路分别与导航处理模块进行双向通信；所述光电探测仪通过视频采集模块与图像处理模块进行双向通信。
2.根据权利要求1所述的基于北斗-超短波-光电感知的机载搜索定位装置，其特征在于，所述导航处理模块用于生成Pcie总线的地址信号、数据信号和控制信号，并将该信号分别传输至北斗、超短波定向仪和救生电台；同时，对北斗、超短波定向仪和救生电台传输来的目标信息进行叠加和融合处理，生成导航路线和导航界面；
所述北斗接收导航处理模块的控制指令并通过卫星进行目标搜救，获取目标的经纬度、相对方位和身份信息，并将该信息传输至导航处理模块；
所述超短波定向仪接收导航处理模块的控制指令并通过超短波进行目标搜救，获取目标的相对方位和身份信息，并将该信息传输至导航处理模块；
所述救生电台接收导航处理模块的控制指令并通过超短波进行目标搜救，获取目标的经纬度、相对方位和身份信息，并将该信息传输至导航处理模块；
所述光电探测仪接收图像处理模块的控制指令并通过对目标区域进行红外或可见光探测，获取目标区域的光电图像，并将光电图像通过视频采集模块传输至图像处理模块；
所述母板转换电路用于对信息管理中心内部的各信号进行分配,同时用于进行所有机载设备的电源转接及转换，为各设备提供相应供电；
所述I/O接口模块用于实现信息管理中心与机载设备之间各离散量、RS422、HB6096的输入、输出接口的处理。
3.根据权利要求2所述的基于北斗-超短波-光电感知的机载搜索定位装置，其特征在于，所述导航处理模块通过Pcie2.0总线与母板转接电路连接，所述母板转接电路通过3个RS422数据接口与I/O接口模块连接，所述北斗、救生电台、机载光电探测仪分别与I/O接口模块以RS422数据接口形式进行双向通信连接，所述超短波定向仪与I/O接口模块以HB6096数据接口形式进行双向通信。
4.根据权利要求2所述的基于北斗-超短波-光电感知的机载搜索定位装置，其特征在于，所述视频采集模块通过CameraLink接口与光电探测仪进行连接，完成视频的采集；所述视频采集模块以Pcie2.0总线与图像处理模块连接，将采集图像实时传输至图像处理模块。
5.根据权利要求1所述的基于北斗-超短波-光电感知的机载搜索定位装置，其特征在于，还包括显示器，所述显示器通过DVI接口、母板转接电路与导航处理模块连接，使导航处理模块生成的导航界面通过显示器进行显示。
6.根据权利要求1所述的基于北斗-超短波-光电感知的机载搜索定位装置，其特征在于，所述搜救飞机还具有光纤惯性导航部件，所述光纤惯性导航部件与I/O接口模块以RS422数据接口形式进行双向通信。
7.根据权利要求5所述的基于北斗-超短波-光电感知的机载搜索定位装置，其特征在于，所述图像处理模块生成的光电图像通过母板转接电路与显示器的DVI接口连接。
8.根据权利要求1所述的基于北斗-超短波-光电感知的机载搜索定位装置，其特征在于，所述导航处理模块的APU主频为1.2GHz，内存2GB DDR3，最大工作频率为1066MHz。
9.基于北斗-超短波-光电感知的机载搜索定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：导航处理模块和图像处理模块分别通过界面操作控制各机载设备进行目标搜索，获取目标信息；
其中，机载设备包含救生电台、超短波定向仪、北斗和光电探测仪；目标信息为目标的经纬度、相对方位和身份；
S2：导航处理模块和图像处理模块对各机载设备回传的目标信息进行信息叠加和融合处理，对遇险目标进行身份及信息识别，并在电子航图或海图上对目标进行显示标注。
10.根据权利要求9所述的基于北斗-超短波-光电感知的机载搜索定位方法，所述导航处理模块和图像处理模块分别通过界面操作控制各机载设备进行目标搜索，具体为：
当飞机相对遇险目标距离较远，即超出机载救生电台、超短波定向仪的超短波搜索作用距离时，导航处理模块控制利用北斗进行目标搜索定位；
当飞机趋近遇险目标并进入超短波作用距离范围内时，导航处理模块控制利用救生电台和超短波定向仪进行目标搜索定位；
当飞机与遇险目标的距离进入光电探测作用距离范围时，图像处理模块控制利用机载光电探测仪进行目标搜索定位。
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Citations (3)
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| CN109436247A (zh) * | 2018-11-30 | 2019-03-08 | 湖南华诺星空电子技术有限公司 | 一种具有自寻功能的落水目标搜救方法及搜救系统 |
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2020
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