CN115150547A - 一种飞行监视装置及其监视方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种飞行监视装置及其监视方法，所述装置由数据源系统、综合处理服务器和光电成像云台系统通过网络交换机连接而成，所述数据源系统包括一次雷达系统、二次雷达系统和ADS‑B系统，所述综合处理服务器包括数据坐标转化引导模块、图像分析识别模块和图像显示窗口；所述光电成像云台系统包括编码控制传输单元、可见光镜头模组、热成像镜头模组、伺服驱动单元、处理器和自动跟踪模块。本发明在利用数据引导光电成像云台系统跟踪飞行目标时，引入图像分析识别模块，使得对飞行目标的监视跟踪在数据引导与图像引导之间自动切换，从而实现了效能最大化，减少了人工干预，达到了对飞行目标进行全程自动化连续跟踪的目的。
Description
技术领域
本发明涉及光电探测技术领域，具体是一种飞行监视装置及其监视方法。
背景技术
飞行目标的监视手段众多，包括一次雷达、二次雷达以及ADS-B技术等，但是上述监视手段都只是获取目标的三维坐标信息与速度信息，而目标的飞行姿态、起落架的收放等信息仍然依赖于传统的观察员望远镜观测或者通过光电成像设备观测。
一次雷达、二次雷达以及ADS-B技术的优势在于适合大范围搜索飞行目标。光电成像设备虽然难以搜索空中飞行目标，但是其优势在于视频图像非常直观。因此，若将两类设备进行优势互补，可有效实现对飞行目标的可视化跟踪。
在工程实践中，由于一次雷达数据、二次雷达数据和ADS-B数据存在数据精度较低、数据质量不稳定、数据率低等缺点，若仅利用上述数据来引导光电成像设备连续跟踪，必然导致出现跟踪不连续、飞行目标难以聚焦在视野中央甚至偶尔超出视场之外的情况，而仅利用视频图像反馈的信息控制光电成像设备的转台连续跟踪飞行目标，在遇到飞行目标穿越云层或者低空飞行地物遮挡时，又会出现丢失飞行目标的情况。
因此，如何让两类设备协同工作，使其各自效能发挥最大化，一直是研究的重点和难点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种飞行监视装置及其监视方法，对飞行目标的监视跟踪在数据引导与图像引导之间自动切换，实现飞行姿态全程自动化跟踪。
本发明的技术方案为：
一种飞行监视装置，由数据源系统、综合处理服务器和光电成像云台系统通过网络交换机连接而成，所述数据源系统包括一次雷达系统、二次雷达系统和ADS-B系统，所述综合处理服务器包括数据坐标转化引导模块、图像分析识别模块和图像显示窗口；所述光电成像云台系统包括编码控制传输单元、可见光镜头模组、热成像镜头模组、伺服驱动单元、处理器和自动跟踪模块；
所述数据坐标转化引导模块，用于当装置启动时以及当可见光镜头模组和热成像镜头模组的跟踪图像中没有飞行目标时，将来自数据源系统的飞行目标的当前坐标信息转化成以光电成像云台系统为中心的极坐标位点信息，并通过编码控制传输单元发送给伺服驱动单元；还用于当可见光镜头模组和热成像镜头模组的跟踪图像中有飞行目标时，通过编码控制传输单元开启自动跟踪模块；
所述可见光镜头模组和热成像镜头模组安装在云台上，用于指向并跟踪飞行目标，并将跟踪图像发送给处理器；
所述伺服驱动单元，用于在数据坐标转化引导模块的数据引导下或在自动跟踪模块的图像引导下，控制云台旋转；
所述处理器，用于对跟踪图像进行数字化处理，并将数字化处理后的跟踪图像发送给自动跟踪模块以及通过编码控制传输单元发送给图像分析识别模块和图像显示窗口；
所述自动跟踪模块，用于利用跟踪图像直驱伺服驱动单元；
所述图像分析识别模块，用于判断跟踪图像中是否有飞行目标，并将判断结果反馈给数据坐标转化引导模块；
所述图像显示窗口，用于人机交互显示跟踪图像。
所述的一种飞行监视装置的监视方法，包括以下顺序的步骤：
(1)装置启动，综合处理服务器通过网络交换机接收数据源系统的实时数据；
(2)数据坐标转化引导模块将来自数据源系统的飞行目标的当前坐标信息转化成以光电成像云台系统为中心的极坐标位点信息，并通过编码控制传输单元发送给伺服驱动单元，实现对伺服驱动单元的数据引导；
(3)伺服驱动单元控制云台旋转，安装在云台上的可见光镜头模组和热成像镜头模组指向并跟踪飞行目标，并将跟踪图像发送给处理器进行数字化处理；
(4)处理器将数字化处理后的跟踪图像通过编码控制传输单元发送给图像分析识别模块和图像显示窗口，图像分析识别模块判断跟踪图像中是否有飞行目标，并将判断结果反馈给数据坐标转化引导模块，若判断结果为是，则执行步骤(5)；若判断结果为否，则跳转至步骤(2)；
(5)数据坐标转化引导模块通过编码控制传输单元开启自动跟踪模块，自动跟踪模块利用数字化处理后的跟踪图像直驱伺服驱动单元，实现对伺服驱动单元的图像引导，跳转至步骤(3)。
由上述技术方案可知，本发明在利用数据源系统的数据引导光电成像云台系统跟踪飞行目标时，引入图像分析识别模块，使得对飞行目标的监视跟踪在数据引导与图像引导之间自动切换，从而实现了效能最大化，减少了实践中人工对光电成像云台系统的控制干预，达到了对飞行目标进行全程自动化连续跟踪的目的。
附图说明
图1是本发明的硬件结构连接图；
图2是本发明的装置原理图；
图3是本发明的方法原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1所示，一种飞行监视装置，由数据源系统1、综合处理服务器2、光电成像云台系统3通过网络交换机4连接而成，其中数据源系统1包括一次雷达系统11、二次雷达系统12和ADS-B系统13。
如图2所示，综合处理服务器2选用商用工作站DELL-T3650，部署有数据坐标转化引导模块21、图像分析识别模块22和图像显示窗口23；光电成像云台系统3包括编码控制传输单元31、可见光镜头模组32、热成像镜头模组33、伺服驱动单元34、处理器35和自动跟踪模块36。
数据坐标转化引导模块21，用于当装置启动时以及当可见光镜头模组32和热成像镜头模组33的跟踪图像中没有飞行目标时，将来自数据源系统1的飞行目标的当前坐标信息转化成以光电成像云台系统3为中心的极坐标位点信息，并通过编码控制传输单元31发送给伺服驱动单元34；还用于当可见光镜头模组32和热成像镜头模组33的跟踪图像中有飞行目标时，通过编码控制传输单元31开启自动跟踪模块36。
光电成像云台系统3采用伺服直驱的结构形式，云台可在方位上360°连续旋转，俯仰上±90°旋转。
可见光镜头模组32和热成像镜头模组33安装在云台上，用于指向并跟踪飞行目标，并将跟踪图像发送给处理器35。
可见光镜头模组32采用商业化组件，具有后焦电动调节、透雾图像增强等功能，主要技术指标如下：
(1)探测器：1/1.8”靶面低照度CMOS，一体化ICR双滤光片日夜切换，支持彩转黑；
(2)分辨率：207万高清像素，1920×1080分辨率；
(3)支持饱和度、亮度、对比度、锐度可调；
(4)支持电子透雾、宽动态、强光抑制、背光补偿、电子防抖、3D数字降噪、自动增益、自动白平衡、防红外过曝功能。
可见光镜头模组32的可见光镜头主要技术指标如下：
(1)焦距：16.7～1000mm；
(2)变倍数：60倍光学连续变焦镜头；
(3)控制：支持自动/电动智能聚焦，电动变倍，自动光圈；
(4)具备光学透雾功能，光学滤波和图像增强处理；
(5)支持镜头预置位功能；
(6)镜头接口类型：C/CS接口。
为了取得更好的夜晚跟踪效果，热成像镜头模组33采用碲镉汞(MCT)光子型探测器，这种探测器需要在极低的温度下(典型77K，即零下196℃)才能正常工作，制冷型热像仪探测噪声小，探测灵敏度高，噪声等效温差(NETD)优于20mK，优于非制冷型热像仪，因此，制冷型热像仪可区分目标的极小温差，目标识别能力较非制冷型热像仪有很大增强。主要技术指标如下：
(1)探测器分辨率：640×512像素；
(2)像元间距：15μm；
(3)工作波段：3-5μm；
(4)温度灵敏度：优于20mk(@25℃F4.0)。
热成像镜头模组33的镜头主要技术指标如下：
(1)焦距：22～450mm；
(2)倍率：20倍连续变焦；
(3)聚焦：支持电动/自动智能聚焦；
(4)控制：电动变倍，手动/自动聚焦。
伺服驱动单元34，用于在数据坐标转化引导模块21的数据引导下或在自动跟踪模块36的图像引导下，控制云台旋转。
处理器35用于将跟踪图像信号经过A/D转换、均匀性校正、盲元替代、增益调节和亮度调节变换等处理后，再经专用的数字视频芯片转换成数字信号输出，发送给自动跟踪模块36以及通过编码控制传输单元31发送给图像分析识别模块22和图像显示窗口23。
自动跟踪模块36，用于利用跟踪图像直驱伺服驱动单元34。自动跟踪模块36采用“TRACK 3.0”，系商业化货架产品，该产品是基于FPGA+DSP架构开发的一款高性能、小尺寸、低功耗、嵌入式自动视频跟踪模块，主要提供目标检测(小目标、弱目标、多目标以及复杂背景的运动目标检测)算法、目标跟踪算法、与伺服平台的控制数据交互以及OSD功能。
图像分析识别模块22，用于判断跟踪图像中是否有飞行目标，并将判断结果反馈给数据坐标转化引导模块21。图像分析识别模块22采用神经网络与深度识别算法，利用大量图片进行前期训练，以达到后期准确快速识别的目的。
图像显示窗口23，用于人机交互显示跟踪图像。
如图3所示，一种飞行监视装置的监视方法，包括以下顺序的步骤：
S1、装置启动，综合处理服务器2通过网络交换机4接收数据源系统1的实时数据。
S2、数据坐标转化引导模块21将来自数据源系统1的飞行目标的当前坐标信息转化成以光电成像云台系统3为中心的极坐标位点信息，并通过编码控制传输单元31发送给伺服驱动单元34，实现对伺服驱动单元34的数据引导。
S3、伺服驱动单元34控制云台旋转,安装在云台上的可见光镜头模组31和热成像镜头模组32指向并跟踪飞行目标，并将跟踪图像发送给处理器35进行数字化处理。
S4、处理器35将数字化处理后的跟踪图像通过编码控制传输单元31发送给图像分析识别模块22和图像显示窗口23,图像分析识别模块22判断跟踪图像中是否有飞行目标，并将判断结果反馈给数据坐标转化引导模块21，若判断结果为是，则执行步骤S5；若判断结果为否，则跳转至步骤S2。
S5、数据坐标转化引导模块21通过编码控制传输单元31开启自动跟踪模块36，自动跟踪模块36利用经由处理器35数字化处理后的跟踪图像直驱伺服驱动单元34，实现对伺服驱动单元34的图像引导，跳转至步骤S3。
本发明的工作原理：
装置启动时，数据坐标转化引导模块21将来自数据源系统1的飞行目标的当前坐标信息转化成以光电成像云台系统3为中心的极坐标位点信息(数据坐标转化采用公知的空间经纬高地理坐标与极坐标转化算法)，通过网络交换机4经由光电成像云台系统3的编码控制传输单元31发送给伺服驱动单元34，引导光电成像云台系统3的可见光镜头模组31和热成像镜头模组32指向并观测飞行目标。
可见光镜头模组31和热成像镜头模组32的跟踪图像经处理器35数字化处理，通过编码控制传输单元31，一路送至综合处理服务器2的图像显示窗口23用于人机交互显示，另一路送至图像分析识别模块22用于判断跟踪图像中是否有飞行目标，并将判断结果反馈给数据坐标转化引导模块21。数据坐标转化引导模块21发出的指令，经编码控制传输单元31可开启自动跟踪模块36，使得自动跟踪模块36利用数字化处理后的跟踪图像直驱伺服驱动单元34，锁定跟踪图像中的移动飞行目标。
本发明在利用数据源系统1的数据引导光电成像云台系统3跟踪飞行目标时，利用图像分析识别模块22反馈的信息作为跟踪模式的切换开关，选择性地使光电成像云台系统3工作在数据引导或图像引导的跟踪模式下，既避免了使用数据引导时跟踪不连续、飞行目标难以聚焦在视野中央甚至偶尔超出视场之外的情况出现，又避免了使用图像引导时丢失飞行目标的情况出现，从而实现了装置的效能最大化，减少了实践中人工对光电成像云台系统3的控制干预，达到了对飞行目标进行全程自动化连续跟踪的目的。
以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (2)
1.一种飞行监视装置，由数据源系统、综合处理服务器和光电成像云台系统通过网络交换机连接而成，所述数据源系统包括一次雷达系统、二次雷达系统和ADS-B系统，其特征在于：
所述综合处理服务器包括数据坐标转化引导模块、图像分析识别模块和图像显示窗口；所述光电成像云台系统包括编码控制传输单元、可见光镜头模组、热成像镜头模组、伺服驱动单元、处理器和自动跟踪模块；
所述数据坐标转化引导模块，用于当装置启动时以及当可见光镜头模组和热成像镜头模组的跟踪图像中没有飞行目标时，将来自数据源系统的飞行目标的当前坐标信息转化成以光电成像云台系统为中心的极坐标位点信息，并通过编码控制传输单元发送给伺服驱动单元；还用于当可见光镜头模组和热成像镜头模组的跟踪图像中有飞行目标时，通过编码控制传输单元开启自动跟踪模块；
所述可见光镜头模组和热成像镜头模组安装在云台上，用于指向并跟踪飞行目标，并将跟踪图像发送给处理器；
所述伺服驱动单元，用于在数据坐标转化引导模块的数据引导下或在自动跟踪模块的图像引导下，控制云台旋转；
所述处理器，用于对跟踪图像进行数字化处理，并将数字化处理后的跟踪图像发送给自动跟踪模块以及通过编码控制传输单元发送给图像分析识别模块和图像显示窗口；
所述自动跟踪模块，用于利用跟踪图像直驱伺服驱动单元；
所述图像分析识别模块，用于判断跟踪图像中是否有飞行目标，并将判断结果反馈给数据坐标转化引导模块；
所述图像显示窗口，用于人机交互显示跟踪图像。
2.根据权利要求1所述的一种飞行监视装置的监视方法，其特征在于，包括以下顺序的步骤：
(1)装置启动，综合处理服务器通过网络交换机接收数据源系统的实时数据；
(2)数据坐标转化引导模块将来自数据源系统的飞行目标的当前坐标信息转化成以光电成像云台系统为中心的极坐标位点信息，并通过编码控制传输单元发送给伺服驱动单元，实现对伺服驱动单元的数据引导；
(3)伺服驱动单元控制云台旋转，安装在云台上的可见光镜头模组和热成像镜头模组指向并跟踪飞行目标，并将跟踪图像发送给处理器进行数字化处理；
(4)处理器将数字化处理后的跟踪图像通过编码控制传输单元发送给图像分析识别模块和图像显示窗口，图像分析识别模块判断跟踪图像中是否有飞行目标，并将判断结果反馈给数据坐标转化引导模块，若判断结果为是，则执行步骤(5)；若判断结果为否，则跳转至步骤(2)；
(5)数据坐标转化引导模块通过编码控制传输单元开启自动跟踪模块，自动跟踪模块利用数字化处理后的跟踪图像直驱伺服驱动单元，实现对伺服驱动单元的图像引导，跳转至步骤(3)。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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