CN115825904A - 一种基于目标预测的目标搜索方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于目标预测的目标搜索方法，所述方法包括：探测低小慢目标并对所述低小慢目标的位置进行预测；基于预设规则，在目标区域中确定预设区域；将所述预设区域划分为N×N个子块，确定当前搜索块；基于所述当前搜索块对应的当前搜索区域，所述跟瞄系统的视频跟踪模块对当前搜索区域对应的成像图像进行目标检测；未检测到所述目标时，确定所述伺服转台的移动步长和搜索方向，从而使所述伺服转台控制所述跟瞄系统转入下一个子块区域。根据本发明的方案，可有效提升目标搜索的效率。

Description

一种基于目标预测的目标搜索方法及装置

技术领域

本发明涉及光电对抗目标追踪领域，尤其涉及一种基于目标预测的目标搜索方法。

背景技术

随着光电对抗应用的拓展，基于光电图像对目标稳定跟踪和瞄准成为光电对抗系统的一个重要功能。特别在基于高精度指向的多波段激光对抗系统中，高精度高效率的跟踪瞄准系统是实现激光对抗的前置条件。高精度高效率的目标跟瞄包括目标引导、伺服调转、图像搜索、视场切换和精准跟踪等过程，其中目标引导主要依靠光电搜索或雷达等远距离探测系统提供目标信息，再由光电跟瞄自闭环完成其余步骤。

现有技术实现光电探测系统中搜索设备与跟瞄设备的引导，主要采用坐标引导技术结合跟瞄系统固定搜索的方式。首先通过坐标引导的方式，使跟瞄系统进入目标视场附近，再采用固定方式搜索，转台接收目标指示信息调转到位后，如未发现目标，则等待新的目标指示信息，接着继续执行相应目标指示信息，直至发现目标。但是由于探测误差等因素，目标的引导信息会导致目标不在跟瞄视场范围内，此时往往采用人工所示调整方式，而人工搜索效率较低且无法保障搜索效率和质量。

如图1-2所示，首先利用雷达或者红外等光电搜索设备对目标进行探测及定位，在根据自身位置与跟瞄设备的几何坐标关系初略计算出跟瞄设备中伺服转台需要转动的俯仰和方位角度，引导跟瞄设备的光电中心视场对准目标。鉴于系统内定位设备、寻北定位设备测量经度以及目标运动特性的影响，往往仅采用坐标的方法无法准备的将目标引导进入跟瞄设备的视场中，此时采用小范围搜索方式对其临近空域进行搜索。选择搜索方法的原则，是在保证不漏扫，并满足探测概率的前提下，获得最大的搜索范围。现有搜索方法往往采用固定式方式，例如平扫形、螺旋形等方式进行横向扫描与回扫。其中螺旋形类似于将伺服转台进行“之”字形扫描，扫描过程如下:设初始状态为系统视轴指向航向左侧，方位由左向右扫描。在向右扫描的同时，俯仰角相对水平基准不断增大。在方位扫描至最右侧后，俯仰迅速复位回到初始扫描状态。

现有技术的缺陷主要在于：

(1)螺旋形的固定搜索形态，其间或重叠率过大、或难免漏扫；

(2)由于光电系统中各探测器的探测数据误差具有一定的随机性，且会受到环境因素的影响，导致固定搜索的方式在不同测试条件下效能差距较大，给操作人员带来判别困难；

(3)与目标信息、自身状态信息等结合，信息利用率低，导致效率较低，且在目标高速运动过程中以及由于引导信息小误差存在丢失目标的缺点。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种基于目标预测的目标搜索方法，用以克服由于引导偏差引起的跟瞄系统丢失目标的问题和引导后固定搜索方式效率低的技术问题。

根据本发明的上述方案，该方法结合目标先验信息以及实时变化情况，采用预设范围内进行滑窗搜索的方式，结合目标的运动信息，制定高效率滑窗模式，使跟瞄搜索范围扩大50％以上，并且在20km的探测跟踪距离上，能够在短时间内补偿百米级的引导误差，同时解决传统跟踪搜索效率低的问题。本发明能够依靠优化的光电跟瞄系统搜索策略，实现在跟瞄视场小范围的高效搜索，解决由于引导信息小误差引起的光电跟瞄系统无法找到目标的问题，提升光电对抗系统OODA环路反应时间。本发明解决由于引导偏差引起的跟瞄系统无法快速锁定目标的情况，其基本思路是利用伺服机构引导光电成像探测器采用滑窗方式进行搜索，配合图像检测等方法，使跟瞄搜索范围扩大50％以上，在20km的探测跟踪距离上，能够在短时间内补偿百米级的引导误差。同时高效滑窗算法配合目标的轨迹信息等，相对传统固定搜索方式提升了搜索效率。

本发明提供一种基于目标预测的目标搜索方法，所述方法包括以下步骤：

步骤S1：探测低小慢目标并对所述低小慢目标的位置进行预测，预测信息作为所述低小慢目标的先验信息，基于所述先验信息确定所述低小慢目标所在的目标区域，所述目标区域为所述低小慢目标在跟瞄系统所呈现图像上的区域；基于所述先验信息，调整跟瞄设备；使所述跟瞄设备到达雷达或其他系统的外部引导角度，随后跟瞄系统内的视频跟踪模块开始检索视块内的所述低小慢目标；

步骤S2：若在所述检索视块内发现所述低小慢目标，并能够在预设精度内检测到目标，进入步骤S7；否则，进入步骤S3；

步骤S3：基于预设规则，在所述目标区域中确定预设区域；将所述预设区域划分为N×N个子块，基于所述低小慢目标的先验信息、实时状态和伺服转台当前角度信息选择搜索起始点，所述搜索起始点为所述N×N个子块中的一个；将所述搜索起始点作为当前搜索块；进入步骤S4；

步骤S4：基于所述当前搜索块对应的当前搜索区域，所述跟瞄系统的视频跟踪模块对当前搜索区域对应的成像图像进行目标检测；若检测到目标，则进入步骤S7；若未检测到目标，则进入步骤S5；

步骤S5：若全部子块均搜索完毕，则无法探测到目标，请求所述跟瞄系统重新进行引导，方法结束；否则，进入步骤S6；

步骤S6：基于所述跟瞄系统在检测所述当前搜索块时，所述跟瞄系统对应的检测方位、移动速度以及所述伺服转台的状态信息，确定所述伺服转台的移动步长和搜索方向，从而使所述伺服转台控制所述跟瞄系统转入下一个子块区域；所述移动步长及所述搜索方向分别是相对于所述伺服转台当前的状态，所述伺服转台移动的方位和俯仰步长，所述伺服转台的移动方向；基于所述当前搜索块、所述伺服转台的移动步长和搜索方向，确定下一搜索子块及下一搜索方向；将所述下一搜索子块作为当前搜索块，将所述下一搜索方向作为当前搜索方向，进入步骤S4；

步骤S7：探测到所述低小慢目标，所述视频跟踪模块输出所述目标相对于所述伺服转台的取差值，使所述跟瞄系统完成所述低小慢目标的闭环跟踪，方法结束。

优选地，所述步骤S3，所述预设规则为，所述目标区域中，以坐标引导后的光电成像模块所在区域作为中心视场，获取所述目标区域中所述中心视场的周围邻域，所述周围邻域即为预设区域。

优选地，将所述预设划分为N×N个子块，每个子块对应的区域与所述中心视场成像区域大小相同，且子块区域与中心视场之间、子块区域与子块区域之间存在50％的重叠。

优选地，所述基于所述低小慢目标的先验信息、实时状态和伺服转台当前角度信息选择搜索起始点，包括：

基于所述低小慢目标的实时状态、基于历史数据及所述低小慢目标的先验信息获得的搜索先验误差信息和所述伺服转台当前角度信息，确定搜索起始点

Gs＝(A₁·W₁+A₂·W₂+A₃·W₃)·G₀

其中，Gs为搜索起始点的坐标，G₀为所述伺服转台当前的坐标，W₁、W₂、W₃分别表示搜索先验误差信息中的先验误差方向、所述伺服转台当前运动方向和所述低小慢目标的当前方向，A₁、A₂、A₃分别表示三种方向的权值。

优选地，所述搜索方向根据所述低小慢目标的方向变化梯度进行调整，所述搜索方向及所述移动步长由下列公式决定：

D＝A'·f(v_t)

其中，

表示所述低小慢目标的坐标变化梯度，A表示修正权值，

表示所述搜索方向，D为所述移动步长，A'为修正系数，f(v_t)为目标速度相关函数。

本发明提供一种基于目标预测的目标搜索装置，所述装置包括：

初始化模块：配置为探测低小慢目标并对所述低小慢目标的位置进行预测，预测信息作为所述低小慢目标的先验信息，基于所述先验信息确定所述低小慢目标所在的目标区域，所述目标区域为所述低小慢目标在跟瞄系统所呈现图像上的区域；基于所述先验信息，调整跟瞄设备；使所述跟瞄设备到达雷达或其他系统的外部引导角度，随后跟瞄系统内的视频跟踪模块开始检索视块内的所述低小慢目标；

第一判断模块：配置为若在所述检索视块内发现所述低小慢目标，并能够在预设精度内检测到目标，触发探测模块；否则，触发第二判断模块；

第二判断模块：配置为基于预设规则，在所述目标区域中确定预设区域；将所述预设区域划分为N×N个子块，基于所述低小慢目标的先验信息、实时状态和伺服转台当前角度信息选择搜索起始点，所述搜索起始点为所述N×N个子块中的一个；将所述搜索起始点作为当前搜索块；触发第三判断模块；

第三判断模块：配置为基于所述当前搜索块对应的当前搜索区域，所述跟瞄系统的视频跟踪模块对当前搜索区域对应的成像图像进行目标检测；若检测到目标，则触发探测模块；若未检测到目标，触发第四判断模块；

第四判断模块：配置为若全部子块均搜索完毕，则无法探测到目标，请求所述跟瞄系统重新进行引导；否则，触发移动模块；

移动模块：配置为基于所述跟瞄系统在检测所述当前搜索块时，所述跟瞄系统对应的检测方位、移动速度以及所述伺服转台的状态信息，确定所述伺服转台的移动步长和搜索方向，从而使所述伺服转台控制所述跟瞄系统转入下一个子块区域；所述移动步长及所述搜索方向分别是相对于所述伺服转台当前的状态，所述伺服转台移动的方位和俯仰步长，所述伺服转台的移动方向；基于所述当前搜索块、所述伺服转台的移动步长和搜索方向，确定下一搜索子块及下一搜索方向；将所述下一搜索子块作为当前搜索块，将所述下一搜索方向作为当前搜索方向，触发第三判断模块；

探测模块：配置为探测到所述低小慢目标，所述视频跟踪模块输出所述目标相对于所述伺服转台的取差值，使所述跟瞄系统完成所述低小慢目标的闭环跟踪。

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，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明提供如下附图进行说明。在附图中：

图1为现有技术雷达/红外搜索引导跟瞄伺服转台流程示意图；

图2为现有技术伺服转台螺旋形扫描示意图；

图3为本发明跟瞄系统实施过程流程图；

图4为本发明适用场景示意图；

图5为本发明一个实施方式的预设范围的基于目标预测的目标搜索方法流程图；

图6为本发明一个实施方式的基于目标预测的目标搜索方法方向选择示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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。

定义：

探测(子)系统：泛指由雷达、红外探测设备、可见光探测设备等其中单一设备或组合形成的远距离探测设备；

跟瞄(子)系统：泛指由伺服转台、光电成像模块、视频跟踪模块等组成的武器跟踪瞄准系统，在光电对抗系统中引导激光持续对准目标；

光电成像模块：指由红外探测器、可见光探测器组成的光电成像设备；

视频跟踪模块：也常称为视频跟踪器，可对光电成像模块的成像视频进行目标检测，并输出取差数值控制伺服转台跟踪已检查的目标。

首先以常见低慢小无人机作为光电系统探测目标，结合图3-4说明为本发明一个实施方式的基于目标预测的目标搜索方法流程图进行说明。所述方法包括以下步骤：

步骤S1：探测低小慢目标并对所述低小慢目标的位置进行预测，预测信息作为所述低小慢目标的先验信息，基于所述先验信息确定所述低小慢目标所在的目标区域，所述目标区域为所述低小慢目标在跟瞄系统所呈现图像上的区域；基于所述先验信息，调整跟瞄设备；使所述跟瞄设备到达雷达或其他系统的外部引导角度，随后跟瞄系统内的视频跟踪模块开始检索视块内的所述低小慢目标。

本实施例中，所述外部引导角度即由红外搜索设备或雷达探测设备先进行所述低小慢目标的探测，然后根据坐标等信息引导跟瞄系统对准所述低小慢目标，随后跟瞄系统内视频跟踪器开始检索视块内的所述低小慢目标；

步骤S2：若在所述检索视块内发现所述低小慢目标，并能够在预设精度内检测到目标，进入步骤S7；否则，进入步骤S3；

步骤S3：基于预设规则，在所述目标区域中确定预设区域；将所述预设区域划分为N×N个子块，基于所述低小慢目标的先验信息、实时状态和伺服转台当前角度信息选择搜索起始点，所述搜索起始点为所述N×N个子块中的一个；将所述搜索起始点作为当前搜索块；进入步骤S4；

步骤S4：基于所述当前搜索块对应的当前搜索区域，所述跟瞄系统的视频跟踪模块对当前搜索区域对应的成像图像进行目标检测；若检测到目标，则进入步骤S7；若未检测到目标，则进入步骤S5；

步骤S5：若全部子块均搜索完毕，则无法探测到目标，请求所述跟瞄系统重新进行引导，方法结束；否则，进入步骤S6；

步骤S6：基于所述跟瞄系统在检测所述当前搜索块时，所述跟瞄系统对应的检测方位、移动速度以及所述伺服转台的状态信息，确定所述伺服转台的移动步长和搜索方向，从而使所述伺服转台控制所述跟瞄系统转入下一个子块区域；所述移动步长及所述搜索方向分别是相对于所述伺服转台当前的状态，所述伺服转台移动的方位和俯仰步长，所述伺服转台的移动方向；基于所述当前搜索块、所述伺服转台的移动步长和搜索方向，确定下一搜索子块及下一搜索方向；将所述下一搜索子块作为当前搜索块，将所述下一搜索方向作为当前搜索方向，进入步骤S4；

本实施例中，所述移动步长是所述伺服转台每次搜索移动的方位和俯仰步长，对应目标成像范围变化。所述搜索方向是相对于所述伺服转台当前的状态，所述伺服转台的移动方向，对应搜索空域的变化方向。

步骤S7：探测到所述低小慢目标，所述视频跟踪模块输出所述目标相对于所述伺服转台的取差值，使所述跟瞄系统完成所述低小慢目标的闭环跟踪，方法结束。

如图5所示，本方法适用于探测系统、跟瞄系统组成的光电探测系统。由探测系统得到的目标位置信息对跟瞄系统进行坐标引导，确定预设区域，在所述预设区域内搜索，搜索过程中引入卡尔曼滤波，对目标运动进行预测，实现跟瞄设备对目标的精确检测和跟踪。

所述步骤S1，其中，探测系统中雷达/红外等设备发现低小慢目标并给出目标的地理位置。随后基于探测系统和跟瞄系统的坐标关系，进行目标位置的坐标矩阵转换，得到目标相对于跟瞄系统的方位、俯仰、距离和速度等信息。跟瞄设备的伺服转台内的传感器自动控制系统控制伺服转台对准目标所在位置，引导光电成像模块和视频跟踪模块对目标所在区域的成像和目标检测。但由于引导误差、伺服转动误差等因素，通过坐标引导后的跟瞄系统所成图像区域与目标实际区域会存在一定视场偏差。

所述步骤S2，若发现目标，即所述跟瞄设备的光电成像模块视场内发现所述低小慢目标，则将所述低小慢目标以红外/可见光图像形式显示，所述视频跟踪模块在当前探测视场内即可进行所述低小慢目标的检测，并实现闭环跟踪。

所述步骤S3，针对坐标引导无法直接找到目标情况，也是本发明核心技术点之一。所述预设规则为，所述目标区域中，以坐标引导后的光电成像模块所在区域作为中心视场，获取所述目标区域中所述中心视场的周围邻域，所述周围邻域即为预设区域。

进一步地，将所述预设划分为N×N个子块，每个子块对应的区域与所述中心视场成像区域大小相同，且子块区域与中心视场之间、子块区域与子块区域之间存在50％的重叠。

进而，在N×N个子块区域中选择最优起始搜索点。其基本核心是通过已探测的目标信息进行预测目标移动方向，通过最优起始搜索点的选择，使在目标和跟瞄系统都处于运动过程状态下，跟瞄系统能够最大概率的发现目标。

进一步地，所述基于所述低小慢目标的先验信息、实时状态和伺服转台当前角度信息选择搜索起始点，包括：

基于所述低小慢目标的实时状态、基于历史数据及所述低小慢目标的先验信息获得的搜索先验误差信息和所述伺服转台当前角度信息，确定搜索起始点

Gs＝(A₁·W₁+A₂·W₂+A₃·W₃)·G₀

其中，Gs为搜索起始点的坐标，G₀为所述伺服转台当前的坐标，W₁、W₂、W₃分别表示搜索先验误差信息中的先验误差方向、所述伺服转台当前运动方向和所述低小慢目标的当前方向，A₁、A₂、A₃分别表示三种方向的权值，共同综合三种因素，计算搜索最佳起始点，根据最佳起始点的坐标，确定搜索起始点。所述最佳起始点的坐标位于所述搜索起始点中。

所述步骤S4，视频跟踪模块在每个子块区域进行目标检测，其基本思路是运用图像检测算法将目标从背景图像中提取出来。由于实际使用中目前目标检测最常使用的是运动目标检测算法，以帧差法为例，至少需要每个子块能够连续成像3帧以上，若视频帧率为25frame/s，则每个区域需要停留的时间为0.12s。若采用当前帧检测算法(例如Yolo系列的人工智能算法)，则只需要1帧图像即可完成检测。

所述步骤S6，表示在跟瞄系统的当前视场中未检测到目标，伺服转台需查进行移动，以带动跟瞄系统对下一子块进行检测，因此，需要确定所述伺服转台移动的方向和补偿，从图像上表征为图像滑窗步长和方向。传统搜索滑窗为按照一定顺序进行在中心视场周围进行遍历，直至找到目标。本发明方法采用视场中心附近小范围搜索和搜索过程中基于kalman滤波的跟踪预测转动的方式结合，引入目标的信息，对目标进行轨迹预测，实现快速、高效的区域内预设范围搜索，将目标拉到图像视场中心显示、持续跟踪并识别，实现光电系统在多种天气条件下全自动实现对空中目标发现、自动跟踪监视、识别，实现了系统全自动化工作，同时可以校正由于引导小误差等因素导致目标不在跟瞄视场内的情况，提升目标搜索效率，增大目标检测概率。本发明中，所述基于所述跟瞄系统在检测所述当前搜索块时，所述跟瞄系统对应的检测方位、移动速度以及所述伺服转台的状态信息，确定所述伺服转台的移动步长和搜索方向，结合了kalman滤波的跟踪预测方式。

本实施例中，跟瞄视场从角落开始进行滑窗搜索，由于红外热像仪未存在反扫部件，无法补偿转台运动带来的像的漂移，影响对目标的检测，因此采取转台步进调转的策略。通过调整伺服转台位置环路控制，从而实现步进式的滑窗搜索。

如图6所示，所述步骤S6，其中：

所述移动步长是相对于所述伺服转台当前的状态，所述伺服转台移动的方位和俯仰步长，是相对于所述当前搜索的子块的伺服转台方位和俯仰运动量，即滑窗的运动量。基于kalman滤波对所述目标进行估计，包括根据目标运动方向、速度及先验误差信息，推论低慢小目标航迹，同时滑窗方向进行航迹匹配，使在目标运动过程中，跟瞄系统能够快速高效搜索到目标所在子区域。

所述搜索方向是相对于所述当前搜索块的搜索方向的伺服转台移动方向。本实施例中，搜索方向根据目标方向变化梯度进行调整。

进一步地，搜索方向根据目标方向变化梯度进行调整，并且每次滑窗保持一定的重叠率(即转动步长)，避免因为目标运动导致丢失的情况，所述目标方向由下列公式决定：

D＝A'·f(v_t)

其中，

表示所述低小慢目标的坐标变化梯度，由系统红外搜索/雷达等探测器得到，A表示修正权值，

表示所述目标方向，D为所述移动步长，A'为修正系数，f(v_t)为目标速度相关函数。

将预设区域分割为N×N的方块，使跟瞄视场在每个方块中进行搜索，并根据前一块中的信息和不断返回的探测信息，寻找下次搜索的最佳匹配块以及搜索匹配起始点。进一步地，搜索区域的最大步长可进行设定，减少因为无法获取目标而耽误系统作业进程。每次搜索完成后，将每次视场块的图像进行检测。

本实施例中，由于目标的位置信息具有不确定性，预设范围的搜索结果也存在着随机性，因此必须考虑目标实时位置的更新目标信息，采用更合理的搜索决策方法和伺服转动角度参数，是保证跟瞄设备在尽可能短的时间内降低任务区域的不确定度，并发现尽可能快的发现目标。所以，引入kalman滤波对目标运动进行估计，即通过对目标的运动轨迹预测，带动伺服转台下个运动状态的选择，引导伺服转台同步转动。基于kalman滤波的跟踪预测转动，即在滑窗搜索的过程中，系统通过kalman滤波预测目标的运动向量，引导伺服转台同步转动，补偿在滑窗时间内由于目标运动而导致的搜索偏移，在上述公式中表现按为A和A'的修正值。

由于空中低慢小目标存在种类繁多、机动和角速率运动较大的情况，对地面搜索跟踪系统的目标自主识别能力及跟踪精度要求较高。本发明将采用基于卡尔曼滤波技术对目标运动速度和加速度信息进行估计和滤波，预测目标轨迹形成的伺服转动角度，并作为伺服前馈补偿的输入量，用来消除由于目标速度和加速度运动引起的误差，提高估计精度。

进一步地，在预设区域范围搜索过程中，跟瞄系统内的图像处理器，可以对光电转塔传感器采集的红外图像进行处理并对目标进行自动检出和跟踪。图像处理器采集实时可见光/红外图像后，首先会使用目标对比度增强算法对图像进行预处理并对目标背景进行抑制，然后会对图像进行分割及虚警抑制对序列图像进行多帧关联来提取目标，并将信噪比最高的目标进行检出和锁定，该算法能运行在嵌入式设备上，快速准确的目标检测，并引导跟瞄系统完成闭环跟踪。

所述步骤S7，所述探测到所述低小慢目标，包括：

探测到所述低小慢目标后，所述视频跟踪模块同时开始检测视场内的目标，当检测到目标后，则控制伺服转台锁定目标。

以下实施例说明本发明的基于目标预测的目标搜索方法。

本发明举例的跟瞄系统由高精度伺服转台、红外热像仪、视频跟踪器等硬件组成，其中红外热像仪的典型视场参数为大视场(3°×2.4°)、小视场(1.5×1.2°)。在此硬件基础上，设计高精度跟瞄系统的小范围区域搜索功能，实现5°×5°小范围目标搜索。

当跟瞄系统收到搜索区域指令，如采用红外大视场(3°×2.4°)，为了完成5°×5°的搜索区域，根据目标的先验信息、实时状态、搜索先验误差信息、转台转向等因素搜索先从区域的左小角开始，综合考虑转台方位/俯仰跟踪角速度及红外探测频率，假定转台10度/秒的速度进行调转，方位向搜索完成后，进行俯仰基线调整，同时保证俯仰向有15％的重叠率，因此在整个搜索区域范围内，转台需要进行换向2次，俯仰基线调整2次，换向与俯仰基线调整是同步完成的，每调整一次时间需要0.3s，因此整个搜索时间需要2.1s，完成5°×6°的区域扫描，在搜索过程中实时检测目标，未搜索到目标则回到原始位置。

如采用红外小视场(1.5°×1.2°)，为了完成5°×5°的搜索区域，搜索先从区域的左小角开始，以转台10度/秒的速度进行调转，方位向搜索完成后，进行俯仰基线调整，保证俯仰区域有10％的重叠率，因此在整个搜索区域范围内，转台需要进行换向3次，俯仰基线调整3次，换向与俯仰基线调整是同步完成的，每调整一次时间需要0.2s，因此整个搜索时间需要2.6s，完成5°×5.3°的区域扫描，在搜索过程中，实时检测目标，未搜索到目标则回到原始位置。根据转台的调转加速度，单次方位、俯仰调转可以在0.3s完成，考虑方位、俯仰的视场的重叠率与红外的凝视探测时间，红外大视场条件下可以在1.8s完成对5°×6°的区域搜索，红外小视场条件下可以在2.8s完成对5°×6°的区域搜索。

本发明提供一种基于目标预测的目标搜索装置，所述装置包括：

初始化模块：配置为探测低小慢目标并对所述低小慢目标的位置进行预测，预测信息作为所述低小慢目标的先验信息，基于所述先验信息确定所述低小慢目标所在的目标区域，所述目标区域为所述低小慢目标在跟瞄系统所呈现图像上的区域；基于所述先验信息，调整跟瞄设备；使所述跟瞄设备到达雷达或其他系统的外部引导角度，随后跟瞄系统内的视频跟踪模块开始检索视块内的所述低小慢目标；

第一判断模块：配置为若在所述检索视块内发现所述低小慢目标，并能够在预设精度内检测到目标，触发探测模块；否则，触发第二判断模块；

第二判断模块：配置为基于预设规则，在所述目标区域中确定预设区域；将所述预设区域划分为N×N个子块，基于所述低小慢目标的先验信息、实时状态和伺服转台当前角度信息选择搜索起始点，所述搜索起始点为所述N×N个子块中的一个；将所述搜索起始点作为当前搜索块；触发第三判断模块；

第三判断模块：配置为基于所述当前搜索块对应的当前搜索区域，所述跟瞄系统的视频跟踪模块对当前搜索区域对应的成像图像进行目标检测；若检测到目标，则触发探测模块；若未检测到目标，触发第四判断模块；

第四判断模块：配置为若全部子块均搜索完毕，则无法探测到目标，请求所述跟瞄系统重新进行引导；否则，触发移动模块；

移动模块：配置为基于所述跟瞄系统在检测所述当前搜索块时，所述跟瞄系统对应的检测方位、移动速度以及所述伺服转台的状态信息，确定所述伺服转台的移动步长和搜索方向，从而使所述伺服转台控制所述跟瞄系统转入下一个子块区域；所述移动步长及所述搜索方向分别是相对于所述伺服转台当前的状态，所述伺服转台移动的方位和俯仰步长，所述伺服转台的移动方向；基于所述当前搜索块、所述伺服转台的移动步长和搜索方向，确定下一搜索子块及下一搜索方向；将所述下一搜索子块作为当前搜索块，将所述下一搜索方向作为当前搜索方向，触发第三判断模块；

探测模块：配置为探测到所述低小慢目标，所述视频跟踪模块输出所述目标相对于所述伺服转台的取差值，使所述跟瞄系统完成所述低小慢目标的闭环跟踪。

本发明提供一种基于目标预测的目标搜索系统，其主要组成包括：

探测(子)系统：泛指由雷达、红外探测设备、可见光探测设备等其中单一设备或组合形成的远距离探测设备；

跟瞄(子)系统：泛指由伺服转台、光电成像模块、视频跟踪模块等组成的武器跟踪瞄准系统，在光电对抗系统中引导激光持续对准目标；

光电成像模块：指由红外探测器、可见光探测器组成的光电成像设备；

视频跟踪模块：也常称为视频跟踪器，可对光电成像模块的成像视频进行目标检测，并输出取差数值控制伺服转台跟踪已检查的目标。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种基于目标预测的目标搜索方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤S1：探测低小慢目标并对所述低小慢目标的位置进行预测，预测信息作为所述低小慢目标的先验信息，基于所述先验信息确定所述低小慢目标所在的目标区域，所述目标区域为所述低小慢目标在跟瞄系统所呈现图像上的区域；基于所述先验信息，调整跟瞄设备；使所述跟瞄设备到达雷达或其他系统的外部引导角度，随后跟瞄系统内的视频跟踪模块开始检索视块内的所述低小慢目标；

步骤S2：若在所述检索视块内发现所述低小慢目标，并能够在预设精度内检测到目标，进入步骤S7；否则，进入步骤S3；

步骤S3：基于预设规则，在所述目标区域中确定预设区域；将所述预设区域划分为N×N个子块，基于所述低小慢目标的先验信息、实时状态和伺服转台当前角度信息选择搜索起始点，所述搜索起始点为所述N×N个子块中的一个；将所述搜索起始点作为当前搜索块；进入步骤S4；

步骤S4：基于所述当前搜索块对应的当前搜索区域，所述跟瞄系统的视频跟踪模块对当前搜索区域对应的成像图像进行目标检测；若检测到目标，则进入步骤S7；若未检测到目标，则进入步骤S5；

步骤S5：若全部子块均搜索完毕，则无法探测到目标，请求所述跟瞄系统重新进行引导，方法结束；否则，进入步骤S6；

步骤S6：基于所述跟瞄系统在检测所述当前搜索块时，所述跟瞄系统对应的检测方位、移动速度以及所述伺服转台的状态信息，确定所述伺服转台的移动步长和搜索方向，从而使所述伺服转台控制所述跟瞄系统转入下一个子块区域；所述移动步长及所述搜索方向分别是相对于所述伺服转台当前的状态，所述伺服转台移动的方位和俯仰步长，所述伺服转台的移动方向；基于所述当前搜索块、所述伺服转台的移动步长和搜索方向，确定下一搜索子块及下一搜索方向；将所述下一搜索子块作为当前搜索块，将所述下一搜索方向作为当前搜索方向，进入步骤S4；

步骤S7：探测到所述低小慢目标，所述视频跟踪模块输出所述目标相对于所述伺服转台的取差值，使所述跟瞄系统完成所述低小慢目标的闭环跟踪，方法结束。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3，所述预设规则为，所述目标区域中，以坐标引导后的光电成像模块所在区域作为中心视场，获取所述目标区域中所述中心视场的周围邻域，所述周围邻域即为预设区域。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述预设划分为N×N个子块，每个子块对应的区域与所述中心视场成像区域大小相同，且子块区域与中心视场之间、子块区域与子块区域之间存在50％的重叠。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述低小慢目标的先验信息、实时状态和伺服转台当前角度信息选择搜索起始点，包括：

基于所述低小慢目标的实时状态、基于历史数据及所述低小慢目标的先验信息获得的搜索先验误差信息和所述伺服转台当前角度信息，确定搜索起始点

Gs＝(A₁·W₁+A₂·W₂+A₃·W₃)·G₀

其中，Gs为搜索起始点的坐标，G₀为所述伺服转台当前的坐标，W₁、W₂、W₃分别表示搜索先验误差信息中的先验误差方向、所述伺服转台当前运动方向和所述低小慢目标的当前方向，A₁、A₂、A₃分别表示三种方向的权值。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述搜索方向根据所述低小慢目标的方向变化梯度进行调整，所述搜索方向及所述移动步长由下列公式决定：

D＝A'·f(v_t)

其中，

表示所述低小慢目标的坐标变化梯度，A表示修正权值，

表示所述搜索方向，D为所述移动步长，A'为修正系数，f(v_t)为目标速度相关函数。

6.一种基于目标预测的目标搜索装置，其特征在于，所述装置包括：

初始化模块：配置为探测低小慢目标并对所述低小慢目标的位置进行预测，预测信息作为所述低小慢目标的先验信息，基于所述先验信息确定所述低小慢目标所在的目标区域，所述目标区域为所述低小慢目标在跟瞄系统所呈现图像上的区域；基于所述先验信息，调整跟瞄设备；使所述跟瞄设备到达雷达或其他系统的外部引导角度，随后跟瞄系统内的视频跟踪模块开始检索视块内的所述低小慢目标；

第一判断模块：配置为若在所述检索视块内发现所述低小慢目标，并能够在预设精度内检测到目标，触发探测模块；否则，触发第二判断模块；

第二判断模块：配置为基于预设规则，在所述目标区域中确定预设区域；将所述预设区域划分为N×N个子块，基于所述低小慢目标的先验信息、实时状态和伺服转台当前角度信息选择搜索起始点，所述搜索起始点为所述N×N个子块中的一个；将所述搜索起始点作为当前搜索块；触发第三判断模块；

第三判断模块：配置为基于所述当前搜索块对应的当前搜索区域，所述跟瞄系统的视频跟踪模块对当前搜索区域对应的成像图像进行目标检测；若检测到目标，则触发探测模块；若未检测到目标，触发第四判断模块；

第四判断模块：配置为若全部子块均搜索完毕，则无法探测到目标，请求所述跟瞄系统重新进行引导；否则，触发移动模块；

移动模块：配置为基于所述跟瞄系统在检测所述当前搜索块时，所述跟瞄系统对应的检测方位、移动速度以及所述伺服转台的状态信息，确定所述伺服转台的移动步长和搜索方向，从而使所述伺服转台控制所述跟瞄系统转入下一个子块区域；所述移动步长及所述搜索方向分别是相对于所述伺服转台当前的状态，所述伺服转台移动的方位和俯仰步长，所述伺服转台的移动方向；基于所述当前搜索块、所述伺服转台的移动步长和搜索方向，确定下一搜索子块及下一搜索方向；将所述下一搜索子块作为当前搜索块，将所述下一搜索方向作为当前搜索方向，触发第三判断模块；

探测模块：配置为探测到所述低小慢目标，所述视频跟踪模块输出所述目标相对于所述伺服转台的取差值，使所述跟瞄系统完成所述低小慢目标的闭环跟踪。

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