CN112884692A - 分布式机载协同侦察光电系统及无人机系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式机载协同侦察光电系统及无人机系统。分布式机载协同侦察光电系统，包括：多个光电载荷，搭载于多台无人机，光电载荷用于采集图像信息；图形处理单元，与多个光电载荷通信连接，图像处理单元用于对图像信息进行图像处理；显示协同控制单元，与图像处理单元以及多个光电载荷均通信连接，显示协同控制单元用于显示图像处理后的图像信息并控制多个光电载荷。采用本发明，通过将多孔径小型光电载荷进行组网协同，形成传统单一大平台大孔径光电载荷能力，但比单一大孔径光电载荷具有更多维度信息获取、更灵活分配组合、以及更强生存能力等优点，多光电载荷多视角采集图像可以实现侦察感知范围和探测能力的提升。

Description

分布式机载协同侦察光电系统及无人机系统

技术领域

本发明涉及无人机侦查技术领域，尤其涉及一种分布式机载协同侦察光电系统及无人机系统。

背景技术

光电侦察能够获取直观丰富的图像信息，具有抗电磁干扰，全天候高分辨率侦察的特点，是航空侦察领域一直研究的热点。现阶段的光电侦察系统多以单机独立工作为主。为实现广域高分辨成像，在光电载荷探测器一定的情况下，需设计较大的光学口径，随之而来的是载荷体积、重量、功耗和成本的增加，受到飞机平台的限制，进一步制约了光电系统的发展，目前多用途、高价值的光电载荷应用瓶颈已显现。

发明内容

本发明实施例提供一种分布式机载协同侦察光电系统及无人机系统，用以解决现有技术中单一大孔径光电载荷体积大、成本高的问题。

根据本发明实施例的分布式机载协同侦察光电系统，包括：

多个光电载荷，搭载于多台无人机，所述光电载荷用于采集图像信息；

图形处理单元，与所述多个光电载荷通信连接，所述图像处理单元用于对所述图像信息进行图像处理；

显示协同控制单元，与所述图像处理单元以及所述多个光电载荷均通信连接，所述显示协同控制单元用于显示图像处理后的图像信息并控制所述多个光电载荷。

根据本发明的一些实施例，多个所述光电载荷与多台所述无人机一一对应，每台所述无人机搭载有一个光电载荷。

根据本发明的一些实施例，所述光电载荷包括光电传感器、伺服稳定平台、以及电源组件。

根据本发明的一些实施例，所述光电传感器包括以下传感器中的至少一种：中波红外传感器、长波红外传感器、可见光CCD、以及激光测距机。

根据本发明的一些实施例，所述多个光电载荷包括中波红外传感器、长波红外传感器、可见光CCD、以及激光测距机。

根据本发明的一些实施例，所述图形处理单元包括：与多个所述光电载荷一一对应的多个图像处理模块，所述图像处理模块用于对其对应的光电载荷所采集的图像信息进行图像处理，所述图像处理模块搭载于其对应的光电载荷所搭载的无人机上。

根据本发明的一些实施例，所述图形处理单元设于无人机地面控制站。

根据本发明的一些实施例，所述图像处理单元用于对所述图像信息进行多波段融合、超分辨率重建、目标检测识别、以及图像拼接。

根据本发明的一些实施例，所述显示协同控制单元设于所述无人机地面控制站。

根据本发明实施例的无人机系统，包括：

多台无人机，多台所述无人机之间彼此通信连接；

无人机地面控制站，与所述多台无人机通信连接；

分布式机载协同侦察光电系统，为如上所述的分布式机载协同侦察光电系统。

采用本发明实施例，通过将多孔径小型光电载荷进行组网协同，形成传统单一大平台大孔径光电载荷能力，但比单一大孔径光电载荷具有更多维度信息获取、更灵活分配组合、以及更强生存能力等优点，多光电载荷多视角采集图像可以实现侦察感知范围和探测能力的提升。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明实施例中分布式机载协同侦察光电系统组成框图；

图2是本发明实施例中分布式机载协同侦察光电系统工作流程图；

图3是本发明实施例中显示协同控制单元显示界面。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

针对机载领域的协同探测，国内外研究的大多是无人机间的协同问题，如航迹规划、任务规划或区域覆盖，重在从无人机自身出发，结合无人机性能特点，解决在运动学、安全性、飞行高度等条件的约束下，如何多机从起始地协同飞行到达目的地，并能通过机间组网模式变换完成目标区域覆盖。在平台协同研究的同时，平台挂载的有效载荷间的协同问题也在并行开展相关研究，主要集中在雷达之间、雷达和电子之间、雷达电子光电之间的多传感器协同探测，而对于只在多光电载荷间的协同研究还是相对不足。持续感知和低成本常态化的光电侦察是目前机载侦察研究的方向。

本发明第一方面实施例提出一种分布式机载协同侦察光电系统，如图1所示，包括：

多个光电载荷，搭载于多台无人机，所述光电载荷用于采集图像信息；多个光电载荷可以进行组网协同，具有大孔径光电载荷能力。

图形处理单元，与所述多个光电载荷通信连接，所述图像处理单元用于对所述图像信息进行图像处理；

显示协同控制单元，与所述图像处理单元以及所述多个光电载荷均通信连接，所述显示协同控制单元用于显示图像处理后的图像信息并控制所述多个光电载荷。

采用本发明实施例，区别于以往无人机间的协同、雷达电子和光电间的协同研究，通过将多孔径小型光电载荷进行组网协同，形成传统单一大平台大孔径光电载荷能力，但比单一大孔径光电载荷具有更多维度信息获取、更灵活分配组合、以及更强生存能力等优点，多光电载荷多视角采集图像可以实现侦察感知范围和探测能力的提升。

在上述实施例的基础上，进一步提出各变型实施例，在此需要说明的是，为了使描述简要，在各变型实施例中仅描述与上述实施例的不同之处。

根据本发明的一些实施例，多个所述光电载荷与多台所述无人机一一对应，每台所述无人机搭载有一个光电载荷。

根据本发明的一些实施例，所述光电载荷包括光电传感器、伺服稳定平台、以及电源组件。伺服稳定平台可以提高光电传感器侦查性能的稳定性，以提高光电传感器所采集的图像信息的稳定性和有效性。

根据本发明的一些实施例，所述光电传感器包括以下传感器中的至少一种：中波红外传感器、长波红外传感器、可见光CCD、以及激光测距机。可以理解的是，每个光电载荷可以根据实际需求自由选择传感器的个数和类型。

根据本发明的一些实施例，所述多个光电载荷包括中波红外传感器、长波红外传感器、可见光CCD、以及激光测距机。可以理解的是，多个光电载荷覆盖了各种传感器，整个分布式机载协同侦察光电系统可实现光电传感器的全部覆盖。

如图1所示，根据本发明的一些实施例，所述图形处理单元包括：与多个所述光电载荷一一对应的多个图像处理模块，所述图像处理模块用于对其对应的光电载荷所采集的图像信息进行图像处理，所述图像处理模块搭载于其对应的光电载荷所搭载的无人机上。

可以理解的是，图像处理模块也搭载在无人机上，光电载荷采集完图像信息后可以直接传给图像处理模块，图像处理模块可以对图像信息直接进行处理，然后将处理后的图像再传送至显示协同控制单元，由此，可以减小传送至显示协同控制单元的数据大小，以满足通信带宽的限制。

根据本发明的一些实施例，所述图形处理单元设于无人机地面控制站。

根据本发明的一些实施例，所述图像处理单元用于对所述图像信息进行多波段融合、超分辨率重建、目标检测识别、以及图像拼接。

根据本发明的一些实施例，所述显示协同控制单元设于所述无人机地面控制站。

根据本发明的一些实施例，多台所述无人机之间彼此通信连接。

下面参照图1-图3以一个具体的实施例详细描述根据本发明实施例的分布式机载协同侦察光电系统。值得理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对本发明的具体限制。凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

针对现阶段单机光电载荷受到光学系统衍射极限、光学加工工艺等限制，在平台对其体积、重量的约束下，探测性能难以进一步提高的问题，本发明实施例提出一种分布式机载协同侦察光电系统，该系统由多光电载荷通过波段、视角、分辨率等视觉信息协同工作提高侦察能力。

具体的，如图1所示，分布式机载协同侦察光电系统由装载于智能节点(无人机)的多个光电载荷、智能图像处理单元和显示协同控制单元三部分组成。每个光电载荷均由光电传感器、伺服稳定平台、电源组件等部分组成。光电传感器包括中波红外传感器、长波红外传感器、可见光CCD、激光测距机等，光电载荷可根据实际应用选配各传感器，整个分布式光电系统可实现光电传感器的全部覆盖。

各光电载荷完成目标、环境的搜索探测和信息采集后，智能图像处理单元对采集到的图像信息进行处理，完成多波段融合、超分辨率重建、目标检测识别、图像拼接等信息处理功能，并将图像和目标信息传输至显示协同控制单元，以完成光电载荷协同控制，实现图像和目标信息显示，并形成综合态势图。图3是本发明实施例中显示协同控制单元的显示界面示意图。

不同光电载荷中不同的光电传感器获取的信息具有冗余性和互补性，协同处理可集成多传感器感知的信息，克服单个光电载荷获取信息的不足。光电载荷间需要相互配合，每个载荷都有协同决策和单机活动，根据任务不同功能相应作出调整。一旦确定具有决策功能的载荷，则需判断自身存储的目标信息是否与其他载荷探测到目标的全局信息一致，才能进行决策。若全局信息和当前的活动均为相同的协同决策活动，说明所有光电载荷掌握的全局信息是一致的。在继续规划和执行新的任务时，若单机检测到了新的目标，则需要重新发送协同决策请求，根据新的全局信息，分布式机载协同侦察光电系统重新协同决策该项任务的执行。

系统中光电载荷的节点数越多，协同的难度越大。图2是本发明实施例的分布式机载协同侦察光电系统的工作流程图。根据任务需要，分布式机载协同侦察光电系统主要完成的典型协同侦察任务有：

1)广域监视

使用具有激光测距机光电传感器的宽视场光电载荷节点进行大范围搜索，当发现目标时，开启激光测距机对目标进行测距，结合机上惯导信息得到目标位置信息，完成目标的定位。并将距离信息实时上传给显示协同控制系统，显示协同控制系统根据宽视场光电载荷的位置信息、方位俯仰角度和目标距离信息自动解算出目标位置信息，并且实时引导其余几个窄视场光电载荷转动到目标区域，窄视场光电载荷以接收到的目标坐标为中心，以一定范围延展，在自主设置的区域坐标内进行窄视场搜索，对目标区域内小目标进行进一步甄别和监视。各光电载荷采集的图像实时存储到显示协同控制系统中，进一步拼接处理形成广域持续侦察态势。

在一定的区域内多架光电无人机组网，从空域提高侦察区域的覆盖面积，实现各协同节点间的补盲探测，通过多视点图像拼接扩大侦察范围。宽视场光电载荷可对一定区域持续搜索，过程中将可疑目标的坐标位置通过通信链路发送给窄视场光电载荷进行进一步确认，从而保持在宽视场搜索探测的同时使用窄视场甄别目标，解决单机广角侦察视场小分辨率低，造成目标漏检或识别错误，以及变焦侦察易丢失目标的难题。

2)重点详查

使用具有激光测距机光电传感器的宽视场光电载荷节点进行360°大范围目标搜索，当发现目标之后引导其余光电载荷侦察节点转动到目标区域，显示协同控制系统根据宽视场光电载荷的位置、方位俯仰角度及测距值，对目标位置进行解算，并结合其余光电载荷节点的位置信息，计算出其他节点视场中心对准目标位置时的方位和俯仰角度，并发送控制指令和调焦指令使各光电载荷控制稳定平台转到目标区域，到达位置后，内部传感器切换到超小视场，采集到图像信息进行融合、超分辨率重建后获取更清晰的目标图像情报信息，并实现对目标的自动识别。

宽光电载荷对某一重点区域监视，自动牵引窄光电载荷小范围高精度对目标详查，可根据目标调整节点侦察的角度，对某个感兴趣区域目标进行多角度持续的监视，多个光电载荷的视场聚焦在同一区域目标上，从多个谱段和不同的方向不间断的获取目标图像，经过多源图像超分辨率重建、多源图像信息融合、目标检测智能识别，有效提高目标图像分辨率，避免错漏目标在某一方向上的关键信息。

3)接力跟踪

使用宽视场光电载荷节点进行大范围搜索，搜索过程中发现了目标，将目标位置上报到显示协同控制软件。试验人员通过软件选择目标之后，具有激光测距机光电传感器的宽视场光电载荷自动转到可见光/红外视轴对准目标的位置，等待5s之后进行激光测距，获取目标的距离信息，显示协同控制软件自动结合宽视场光电载荷节点的位置信息解算出目标位置信息，并在软件的“目标”对应信息栏显示。根据目标位置信息和其余光电载荷的位置信息及方位、俯仰角度解算出相应控制指令，引导其余光电载荷节点自动转动到指定区域，视轴对准目标，开始进行自动跟踪。

利用多个光电载荷多个光电传感器协同跟踪，当超出某一光电载荷的视场或因为复杂场景造成对目标的探测信息不足导致跟踪失败时，其他光电载荷仍然能通过共享的目标信息，立即对此目标进行接力跟踪，通过协同处理后，不仅可有效提升对目标的跟踪精度，还能保证目标连续“可见”或丢失后能尽快被重新截获，可以完成由于目标被长时间遮挡或被强光干扰等单机跟踪无法解决的跟踪任务。

本发明实施例，为实现广域高分辨成像，在光电载荷探测器一定的情况下，需设计较大的光学口径，随之而来的是载荷体积、重量、功耗和成本的增加，受到飞机平台的限制，进一步制约了光电系统的发展，目前多用途、高价值的光电载荷应用瓶颈已显现。本发明提出了分布式光电系统新的系统形态，可应用于各类侦察图像的高分辨率成像方案中，降低成像设备的硬件成本，实现小光电载荷也能获得较高的成像质量，但是比单机光电载荷具有更多维度信息获取，更灵活分配组合，更强生存能力等特点。多平台多传感器可从不同角度不同谱段对同一目标进行成像探测，不仅增大了目标的感知范围，获取了大量的互补信息，而且还可得到冗余信息甚至是多模态的成像信息，为情报处理提供了数据支撑。

需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。

本发明第二方面实施例提出一种无人机系统，包括：

多台无人机，多台所述无人机之间彼此通信连接；

无人机地面控制站，与所述多台无人机通信连接；

分布式机载协同侦察光电系统，为如上所述的分布式机载协同侦察光电系统。

采用本发明实施例，区别于以往无人机间的协同、雷达电子和光电间的协同研究，通过将多孔径小型光电载荷进行组网协同，形成传统单一大平台大孔径光电载荷能力，但比单一大孔径光电载荷具有更多维度信息获取、更灵活分配组合、以及更强生存能力等优点，多光电载荷多视角采集图像可以实现侦察感知范围和探测能力的提升。

需要说明的是，在本说明书的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。不应将位于括号之内的任何参考符号构造成对权利要求的限制。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

Claims (10)

1.一种分布式机载协同侦察光电系统，其特征在于，包括：

多个光电载荷，搭载于多台无人机，所述光电载荷用于采集图像信息；

图形处理单元，与所述多个光电载荷通信连接，所述图像处理单元用于对所述图像信息进行图像处理；

显示协同控制单元，与所述图像处理单元以及所述多个光电载荷均通信连接，所述显示协同控制单元用于显示图像处理后的图像信息并控制所述多个光电载荷。

2.如权利要求1所述的分布式机载协同侦察光电系统，其特征在于，多个所述光电载荷与多台所述无人机一一对应，每台所述无人机搭载有一个光电载荷。

3.如权利要求1所述的分布式机载协同侦察光电系统，其特征在于，所述光电载荷包括光电传感器、伺服稳定平台、以及电源组件。

4.如权利要求3所述的分布式机载协同侦察光电系统，其特征在于，所述光电传感器包括以下传感器中的至少一种：中波红外传感器、长波红外传感器、可见光CCD、以及激光测距机。

5.如权利要求4所述的分布式机载协同侦察光电系统，其特征在于，所述多个光电载荷包括中波红外传感器、长波红外传感器、可见光CCD、以及激光测距机。

6.如权利要求2所述的分布式机载协同侦察光电系统，其特征在于，所述图形处理单元包括：与多个所述光电载荷一一对应的多个图像处理模块，所述图像处理模块用于对其对应的光电载荷所采集的图像信息进行图像处理，所述图像处理模块搭载于其对应的光电载荷所搭载的无人机上。

7.如权利要求1所述的分布式机载协同侦察光电系统，其特征在于，所述图形处理单元设于无人机地面控制站。

8.如权利要求1所述的分布式机载协同侦察光电系统，其特征在于，所述图像处理单元用于对所述图像信息进行多波段融合、超分辨率重建、目标检测识别、以及图像拼接。

9.如权利要求1所述的分布式机载协同侦察光电系统，其特征在于，所述显示协同控制单元设于所述无人机地面控制站。

10.一种无人机系统，其特征在于，包括：

多台无人机，多台所述无人机之间彼此通信连接；

无人机地面控制站，与所述多台无人机通信连接；

分布式机载协同侦察光电系统，为根据权利要求1-9中任一项所述的分布式机载协同侦察光电系统。

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