CN116338675B - 基于雷达、光电的舰炮对海射击脱靶量测量系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于脱靶量评估检测技术领域，公开了一种基于雷达、光电的舰炮对海射击脱靶量测量系统及方法，包括艇载观测站和指挥控制基站系统；艇载观测站配置舰载检靶系统，舰载检靶系统由艇载检靶测量系统、艇载检靶指控系统、艇载通信系统以及艇载辅助设备组成，用于实现对射击靶区视景内球形靶标与舰炮落水水柱的联合观测、数据采集、定位与跟踪处理；指挥控制基站系统由无线通信子系统、检靶控制基站、人工离线检测基站、指挥舰导航定位子系统以及指挥舰基站辅助设备构成，用于实现对艇载检靶设备、训练保障舰艇检靶过程的实时监控及离线检靶。本发明可以完成脱靶量智能、实时计算，为命中精度评估提供依据。

Description

基于雷达、光电的舰炮对海射击脱靶量测量系统及方法
技术领域
本发明属于脱靶量评估检测技术领域，尤其涉及一种基于雷达、光电的舰炮对海射击脱靶量测量系统及方法。
背景技术
目前，海上脱靶量检测通常是利用光电设备或人工手持摄像机对靶标和弹丸水柱进行观测，获得的观测数据难以实时处理。而且由于操作人员长时间观测带来的工作疲倦、目视距离有限等因素，观测图像的质量也难以保证，信息量不足，误检率较高，不能满足后续精确脱靶量数据测量和效果准确评估的需要。由此可见，现有技术存在训练的检靶效率较低、脱靶量检测精度较低的技术问题。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：目前舰炮对海射击训练检靶获得的数据形式单一，且观测图像质量难以保证，对弹丸的漏检率较高，信息量不足，检靶效率较低，脱靶量检测精度较低，不能满足准确评估的需要。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于雷达、光电的舰炮对海射击脱靶量测量系统及方法，尤其涉及一种基于雷达、光电的基于雷达、光电的舰炮对海射击脱靶量测量系统及方法。
本发明是这样实现的，一种舰炮对海射击脱靶量测量系统，所述舰炮对海射击脱靶量测量系统包括艇载观测站和指挥控制基站系统，其中艇载观测站配置舰载检靶系统，舰载检靶系统由艇载检靶测量系统、艇载检靶指控系统、艇载通信系统以及艇载辅助设备组成；艇载观测站安装在保障舰艇上，保障舰艇负责完成舰炮射击训练过程中对射击靶区的检靶观测和数据的实时采集任务，同时训练保障舰艇通过300米缆绳拖曳靶标航行，为训练舰艇提供射击目标。
艇载检靶系统利用雷达、光电和导航传感探测系统，在艇载指控系统的统一控制下实现对射击靶区视景内球形靶标与舰炮落水水柱的联合观测、数据采集、定位与跟踪处理；其中，射击靶区为以靶标为圆心的圆。随舰炮射击训练过程，实时、自动建立以每艘训练舰艇为归档单位，按照时间序列进行组织管理的检靶原始测量数据库，为人工离线高精检靶提供数据测量信息。
指挥控制基站系统部署在指挥舰上，由无线通信子系统、检靶控制基站、人工离线检测基站、指挥舰导航定位子系统以及指挥舰基站辅助设备构成。指挥舰始终位于距保障舰艇前方3~5公里的安全范围内领航；检靶过程中，指挥舰控制基站系统利用通信设备与保障舰艇进行数据交互，实现对艇载检靶设备、训练保障舰艇检靶过程的实时监控以及离线检靶。
进一步，艇载检靶测量系统安装在保障舰艇上，由智能雷达系统、智能光电系统以及高精导航系统构成，用于在舰炮对海射击训练过程中，完成对射击靶区内靶标和弹丸水柱目标的雷达\光电复合观测与自动处理，并对保障舰艇位置、姿态数据进行采集，实时构建艇端检靶原始测量数据库。
其中，智能雷达系统由雷达天线、雷达显示终端以及雷达工控机组成，雷达天线、显示终端和工控机通过工业交换机1连接，雷达工控机同时与工业交换机2相连，用于接收导航数据，并与指控计算机及其他设备完成数据交互。雷达系统用于对射击靶区内的靶标和弹丸水柱进行雷达观测，实现对靶标和水柱目标的自动识别、建航、定位与跟踪，为脱靶量测量提供雷达观测信息。
智能光电系统由光电设备、接口模块、网络交换机、光电智能处理设备以及配套软件组成，光电设备包括伺服光电头和稳定平台全景相机；智能光电系统用于对射击靶区内的靶标和弹丸水柱进行观测，实现对靶标和水柱图像目标的自动提取、光学识别与测量，为脱靶量测量提供光学观测信息；其中，光电头具有360°水平和-20°~50°俯仰伺服能力，用于完成视觉感知，输出不小于10帧/秒的高分辨率视频图像，并实时补偿舰艇摇摆，实现对以靶标为中心射击靶区的稳定观测；光电智能处理设备用于对光电头输入的视频图像中的靶标和弹丸水柱进行自动识别与上报；检靶光电系统通过交换机与艇载检靶指控系统连接，用于接收控制指令的同时反馈光电观测图像与光学目标识别数据。
高精导航系统由抗干扰导航天线、导航处理模块以及接口模块组成，用于完成对保障舰艇平台的位置、姿态以及运动要素的实时精确测量，用于后续补偿平台摇摆造成的检靶误差，并为检靶系统提供态势信息。
进一步，艇载检靶指控系统由高速处理加固计算机、数据库系统、人工智能处理器、高速视频编解码器以及配套软件组成，是艇载检靶系统的管控与集中处理中心，用于协同控制艇载检靶设备，完成雷达、光电及导航测量数据的实时收集、处理与数据库建立，实现与指挥所基站间的指令交互与状态反馈；接收指挥舰检靶控制基站各类指令，对雷达、光电等艇载系统以及设备进行统一管理和配置；完成雷达带动光电的控制解算，使各个观测设备协同配合工作；收集雷达、光电检靶感知设备对射击靶区靶标和水柱的观测处理数据与图像，收集导航设备输出的保障舰艇位置以及摇摆姿态数据，并对多源数据进行融合处理；在指控系统内部，按时间序列自动生成检靶原始测量数据库。
进一步，艇载通信系统由高速图传通信系统、艇间自组网通信系统以及北斗通信设备组成，用于完成指挥舰控制基站与保障舰艇检靶系统之间的高速信息交互，实现指挥舰控制基站对舰艇检靶系统检靶测量过程与状态的实时监控。
其中，高速图传通信系统由高增益通信天线、高速图传通信电台和接口模块构成，安装于各个检靶保障舰艇和指挥舰上，用于提供5公里范围内时延不大于50ms、带宽不小于10M的无线图传功能，实现艇载检靶系统与指挥控制基站之间的控制指令、靶区雷达\光电原始视频图像、检靶测量数据的高速交互。
艇间自组网通信系统由高增益通信天线、自组网通信电台和接口模块构成，安装于各个供检靶保障舰艇上，用于提供8公里范围内时延不大于50ms、带宽不小于1M的双艇内部自组网通信功能，用于双艇检靶模式下，艇间检靶测量信息以及检测目标的实时交互与确认，实现双艇协同检靶。
北斗通信设备安装于各个检靶保障舰艇和指挥控制基站上，作为备份实现应急指令交互，提供5秒/次，每次210个字节的短报文通信能力；作为应急通信手段，实现指挥控制基站与艇载系统间紧急指令的下达与状态监视。
进一步，艇载辅助设备用于实现系统设备的模块化封装，由一体化智能感知桅杆、智能检靶处理设备舱、电缆以及接插件组成，其中智能检靶处理设备舱包括高速交换机、视频编解码设备、电源模块、水密机箱、机柜、组装支架和网线；雷达系统、光电系统和高精导航系统的传感探测设备统一封装在智能感知桅杆模块中，在保障舰艇舱外，高处、露天放置；检靶指控系统放置在保障舰艇舱室内，连同电源模块、交换机的设备仪器，封装在智能检靶处理设备舱模块内；模块与模块之间通过有线电缆相互连接，形成完整功能系统。
进一步，保障舰艇上用于检靶测量的设备中，雷达、导航系统的天线和光电系统的光电摄像头安装在舱面，且光电系统的光电头安装在360°环扫无遮挡的位置。导航系统的主机安装在舱内，通过天线馈线与导航天线连接，并通过RS232串口连接NPORT转换成网线后与网络交换机相连。光电系统的处理设备安装在舱内，通过网线连接网络交换机，光电摄像头的视频信号通过网线连接至网络交换机，而光电摄像头的控制信号通过RS422串口连接NPORT转换成网线后与网络交换机相连。雷达系统的工控机和显示设备安装在舱内，并通过网线连接至网络交换机，而雷达设备的天线直接通过网线连接至网络交换机。艇载指控系统的工控机安装在舱内，通过网线连接至网络交换机。
进一步，指挥控制基站系统的通信子系统与艇载通信子系统配套，由高速图传通信系统、艇间自组网通信系统、北斗通信设备组成，用于完成艇载检靶系统与指挥舰基站之间的高速数据通信。
检靶控制基站三屏加固计算机、高速视频编解码器以及专用检靶控制软件等组成，用于负责艇载检靶观测过程的实时控制与状态监视，实现检靶观测数据的自动采集，完成艇端检靶原始测量数据库的自动生成。
人工离线检靶基站由高速处理工业计算机、数据库系统以及离线检靶软件组成；舰炮射击训练结束后，用于完成艇端检靶原始测量数据库的下载与注入、射击全程数据回放、人工离线高精检靶与脱靶量检测报告自动生成功能。
导航定位子系统由抗干扰导航天线、导航处理模块以及接口模块组成，完成指挥舰自定位，用于实时掌握训练海区内指挥舰与保障舰艇的分布态势。
基站辅助设备由综合处理机箱、电缆以及接插件组成；其中，综合处理机箱包括高速交换机、电源模块、机柜、组装支架和网线。
进一步，检靶控制基站界面包括检靶态势显示区、光电图像监视区、雷达图像监视区、雷达控制区、光电控制区、检靶控制区以及检靶状态监视区。
其中，检靶态势显示区，用于显示检靶保障舰艇的位置态势以及航向、航速，对检靶阵型进行监视；光电图像监视区，用于实时显示光电系统所观测到的视频图像，对光电系统对射击靶区的检靶观测状态进行监视；雷达图像监视区，用于实时显示雷达系统所探测得到的原始雷达图像，对雷达系统对射击靶区的检靶观测状态进行监视；光电控制区，用于对光电系统焦距、视场角以及帧率的工作参数进行实时配置，保持光电系统处于良好检靶观测状态；雷达控制区，用于对雷达系统探测量程、增益、检靶半径以及扫描速率的工作参数进行实时配置，保持雷达系统处于良好检靶观测状态；检靶控制区，用于根据射击训练实施过程，按需开启\终止艇载检靶系统数据采集过程，检靶过程中，对光电系统光轴指向进行干预式控制，保证光轴瞄准靶标中心观测；检靶状态监视区，用于实时显示雷达、光电、导航以及指控的检靶测量子系统设备工作状态，并对射击训练过程中检测识别的靶球以及弹丸水柱进行显示。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述的舰炮对海射击脱靶量测量系统的舰炮对海射击脱靶量测量方法，所述舰炮对海射击脱靶量测量方法包括以下步骤：
步骤一，分别利用艇载检靶测量系统的雷达系统和光电系统对射击靶区内的靶标和弹丸水柱进行雷达和光电观测，实现对靶标和水柱目标的自动光学识别、建航、定位与跟踪，为脱靶量测量提供雷达观测信息和光学观测信息；利用导航系统完成对保障舰艇平台的位置、姿态和运动要素的实时精确测量；
步骤二，利用艇载检靶指控系统完成对艇载检靶设备的协同控制，完成数据实时收集、处理与数据库建立，实现与指挥所基站间的指令交互与状态反馈；利用艇载通信系统完成指挥舰控制基站与保障舰艇检靶系统之间的高速信息交互，实现指挥舰控制基站对舰艇检靶系统检靶测量过程与状态的实时监控；
步骤三，利用艇载辅助设备实现舰炮对海射击脱靶量测量系统设备的模块化封装；利用指挥控制基站系统的通信子系统完成艇载检靶系统与指挥舰基站之间的数据通信；利用检靶控制基站进行艇载检靶观测的实时控制与状态监视，实现检靶观测数据的自动采集，完成艇端检靶原始测量数据库的自动生成；
步骤四，舰炮射击训练结束后，利用人工离线检靶基站完成艇端检靶原始测量数据库的下载与注入、射击全程数据回放、人工离线高精检靶与脱靶量检测报告自动生成；利用导航定位子系统完成指挥舰自定位，实时掌握训练海区内指挥舰与保障舰艇的分布态势，保持稳定、安全、通信可靠的检靶队形。
进一步，步骤一中的雷达系统的雷达工控机的输入数据为导航数据和雷达天线输入的原始Spoke数据，结合检靶任务实现检靶雷达系统的核心处理；利用雷达天线作为雷达感知源对雷达周边海域进行360°全向扫描，选择高速雷达工控机对雷达原始Spoke图像进行处理，实现舰炮对海单发、连发射击检靶。
其中，利用光电系统对射击靶区内的靶标和弹丸水柱进行观测，实现对靶标和水柱目标的自动光学识别，为脱靶量测量提供光学观测信息包括：
（1）根据雷达系统上报的浮体靶标位置信息，作为光电系统观测中心的目标指示；充气式球形靶标布放入水后，检靶雷达系统对充气式球形靶标布稳定建航和定位跟踪，实时向艇载指控系统上报靶标位置；
（2）艇载指控系统控制光电头伺服转动，使浮体靶标进入光电头视场中央；艇载指控系统结合雷达系统上报的靶标位置信息和导航系统感知的保障舰艇摇摆和起伏信息计算并向光电头输出摇摆状态下，对准靶标进行稳定观测的方位和俯仰伺服角，实时控制光电头伺服转动，使靶标稳定于光电头视场中心；
（3）基于人工智能方法，利用光电智能处理设备对视频图像中的靶球目标自主搜索、检测识别以及跟踪锁定，自动对光电伺服指向进行微调；
（4）当智能光电系统识别出当前视场中心的目标不是真实靶球时，自动将错误结果返回至检靶指控系统，由检靶指控系统下达指令至雷达系统，重新扫描寻找，直至雷达系统与光电系统的识别结果均为靶球；
（5）舰炮射击过程中，光电智能处理设备对光电图像中的靶标和水柱进行联合观测与自动识别，实时向艇载指控系统上报处理解算后的光电目标与视频图像，并接收指控系统指令，对光电观测参数进行调整。
本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，计算机设备包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行所述的舰炮对海射击脱靶量测量方法的步骤。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行所述的舰炮对海射击脱靶量测量方法的步骤。
本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，信息数据处理终端用于实现所述的舰炮对海射击脱靶量测量系统。
第一，在使用武器对海上靶标射击时，本发明的舰炮对海射击脱靶量测量系统通过对雷达、光电、导航等设备的探测数据进行融合处理，可以完成对每一枚射击弹丸的脱靶量智能、实时计算，为命中精度评估提供依据，该舰炮对海射击脱靶量测量系统涉及传感探测、目标识别、人工智能、目标定位跟踪等领域。
本发明通过艇载指控系统利用雷达目指控制光电头伺服转动，以及光电智能处理设备自动跟踪锁定靶球的两种方式，可以有效保证靶标稳定于光电视场中央，当光电头视场角不小于60°，靶标拖曳缆绳为300米时，光电头能够覆盖以靶标为中心，半径150米的较大观测区域，满足对有效命中弹丸的光电观测需求，大幅降低漏检概率。同时，本技术方案从舰炮射击训练应用使用便利性、高效性、易操性、评估准确性等角度出发，具有以下优点：
（1）通过模块化、组装化设计，可临时、快速加装本系统于无人艇、有人舰艇等多型训练保障舰艇，保证系统安装、使用的便利性；
（2）采用融合雷达、光电、导航等多源信息的智能化、高精度脱靶量测量技术，通过操作简单、可视化的人工离线检靶方式，实现对各发弹丸脱靶量的高精计算，保证脱靶量成绩评估的准确性；
（3）可以快速自动生成舰炮射击脱靶量检测评估报告。
第二，本发明提供的舰炮对海射击自动检靶测量系统基于雷达、光电、导航等设备的传感器探测数据，由指控系统融合处理自动解算射击弹丸的脱靶量数据，由此解决现有技术存在的检靶效率较低、脱靶量检测精度较低的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的舰炮对海射击脱靶量测量方法流程图；
图2是本发明实施例提供的舰炮对海射击脱靶量测量系统结构组成图；
图3是本发明实施例提供的舰炮对海射击脱靶量测量系统应用场景示意图；
图4是本发明实施例提供的检靶雷达系统结构组成示意图；
图5是本发明实施例提供的检靶雷达系统工作流程图；
图6是本发明实施例提供的检靶雷达系统海上检靶实测图像；
图7是本发明实施例提供的检靶光电系统结构组成示意图；
图8是本发明实施例提供的主要设备硬件连接关系示意图。
实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于雷达、光电的舰炮对海射击脱靶量测量系统及方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的实现雷达、光电的舰炮对海射击脱靶量测量系统的舰炮对海射击脱靶量测量方法包括以下步骤：
S101，分别利用艇载检靶测量系统的雷达系统和光电系统对射击靶区内的靶标和弹丸水柱进行雷达和光电观测，实现对靶标和水柱目标的自动光学识别、建航、定位与跟踪，为脱靶量测量提供雷达观测信息和光学观测信息；利用导航系统完成对保障舰艇平台的位置、姿态和运动要素的实时精确测量；
S102，利用艇载检靶指控系统完成对艇载检靶设备的协同控制，完成数据实时收集、处理与数据库建立，实现与指挥所基站间的指令交互与状态反馈；利用艇载通信系统完成指挥舰控制基站与保障舰艇检靶系统之间的高速信息交互，实现指挥舰控制基站对舰艇检靶系统检靶测量过程与状态的实时监控；
S103，利用艇载辅助设备实现舰炮对海射击脱靶量测量系统设备的模块化封装；利用指挥控制基站系统的通信子系统完成艇载检靶系统与指挥舰基站之间的数据通信；利用检靶控制基站进行艇载检靶观测的实时控制与状态监视，实现检靶观测数据的自动采集，完成艇端检靶原始测量数据库的自动生成；
S104，舰炮射击训练结束后，利用人工离线检靶基站完成艇端检靶原始测量数据库的下载与注入、射击全程数据回放、人工离线高精检靶与脱靶量检测报告自动生成；利用导航定位子系统完成指挥舰自定位，实时掌握训练海区内指挥舰与保障舰艇的分布态势，保持稳定、安全、通信可靠的检靶队形。
如图2所示，本发明实施例提供的舰炮对海射击脱靶量测量系统包括艇载观测站和指挥控制基站，其中观测站上配置有一套检靶系统，其由智能光电系统、雷达系统、导航系统、指控系统、通信系统、网络交换机以及辅助设备组成。艇载观测站可根据需要临时加装于负责检靶保障任务的舰艇（无人艇或有人舰艇）之上，包括舰艇检靶测量系统、无线通信系统、指控系统和辅助设备等组成，主要完成舰炮射击训练过程中的检靶观测数据的实时采集。
指挥控制基站部署在指挥舰上，由无线通信子系统、检靶控制基站、人工离线检测基站、导航定位子系统以及指挥舰基站辅助设备构成。
艇载观测站安装在一艘保障舰艇（无人艇或有人舰艇）上，该保障舰艇负责完成设计训练过程中对射击靶区的检靶观测和数据采集任务。同时，训练保障舰艇通过300米缆绳拖曳靶标航行，为训练舰艇提供射击目标。
如图3所示，指挥控制基站系统安装在指挥舰上，指挥舰始终位于距保障舰艇前方3~5公里的安全范围内领航。训练过程中，指挥舰控制基站系统借助通信设备与保障舰艇进行数据交互，实现对训练保障舰艇检靶过程的实时监控。
本发明实施例提供的舰炮对海射击脱靶量测量系统具体包括：
1. 艇载检靶系统
艇载检靶系统利用雷达、光电、导航等传感探测系统，在艇载指控系统的统一控制下，实现对射击靶区（以靶标为圆心的圆）视景内球形靶标与舰炮落水水柱的联合观测、数据采集、定位与跟踪处理。随舰炮射击训练过程，实时、自动建立以每艘训练舰艇为归档单位，按照时间序列进行组织管理的检靶原始测量数据库，为后续人工离线高精检靶提供丰富、有序的数据测量信息。
1.1 艇载检靶测量系统
由智能雷达系统、智能光电系统、高精导航系统构成，安装在保障舰艇之上。在舰炮对海射击训练过程中，完成对射击靶区内靶标和弹丸水柱目标的雷达\光电复合观测与自动处理，并对保障舰艇位置、姿态数据进行采集，实时构建艇端检靶原始测量数据库，为后续人工离线脱靶量计算评估提供数据支撑。
（1）智能雷达系统
雷达系统的主要作用是对射击靶区内的靶标和弹丸水柱进行雷达观测基础上，实现对靶标和水柱目标的自动识别、建航、定位与跟踪，为脱靶量测量提供雷达观测信息。
雷达系统主要设备如图4所示，包括雷达天线、雷达显示终端、雷达工控机组成，三者通过工业交换机1连接。雷达工控机同时与工业交换机2相连，从而接收导航数据，并与指控计算机及其他设备完成数据交互。
如图5所示，雷达工控机是检靶雷达系统的核心处理部件，其输入数据为导航数据和雷达天线输入的原始Spoke数据，结合检靶任务完成如下主要工作：
（a）实时解析和处理接收到的雷达和导航报文信息，并在UI界面上显示雷达扫描图像；
（b）当雷达天线扫描线扫过正北时，系统处理单个扫描周期内的雷达图像，采用雷达图像智能处理技术，完成射击靶区内靶标、弹丸水柱等目标的自动识别与提取，形成雷达观测数据库；
（c）对雷达观测目标进行建航，通过雷达旋转补偿、海杂波及航迹滤波等算法，完成靶标、弹丸水柱目标的定位与跟踪解算，求解目标运动要素；
（d）向艇载指控系统上报处理解算后的雷达目标，并接收指控系统指令，实时对雷达观测参数进行调整。
为满足射击靶区内多目标的高频、可靠雷达观测，作为雷达感知源的雷达天线对雷达周边海域进行360°全向扫描，选择高速雷达工控机对雷达原始Spoke图像进行处理，满足舰炮对海单发、连发射击检靶需要。对三连发弹丸水柱的海上实测雷达检测图像如图6所示。
（2）智能光电系统
光电系统的主要作用是对射击靶区内的靶标和弹丸水柱进行观测，实现对靶标和水柱目标的自动光学识别，为脱靶量测量提供稳定的光学观测信息。
检靶光电系统主要设备如图7所示，主要由光电设备（伺服光电头、稳定平台全景相机）、接口模块、网络交换机、光电智能处理设备和配套软件等组成，主要完成射击靶区中靶球及水柱的光学观测，完成对图像中目标的自动提取、识别与测量。光电头主要完成视觉感知，输出不小于10帧/秒的高分辨率视频图像，同时，为了能够在大摇摆舰艇平台上可靠观测，光电头应具有360°水平和-20°~50°俯仰伺服能力，用于实时补偿舰艇摇摆，实现对以靶标为中心射击靶区的稳定观测。光电智能处理设备主要用于对光电头输入的视频图像进行实时处理，对图像中的靶标和弹丸水柱进行自动识别与上报。检靶光电系统通过交换机与艇载检靶指控系统连接，接收其控制指令，同时，向其反馈光电观测图像与光学目标识别数据。
本发明实施例提供的智能光电系统的工作流程包括：
（a）根据雷达系统上报的浮体靶标位置信息，作为光电系统观测中心的目标指示。充气式球形靶标布放入水后，由于其具有明显的雷达反射特性，检靶雷达系统可对其稳定建航和定位跟踪，实时向艇载指控系统上报靶标位置。
（b）艇载指控系统控制光电头伺服转动，使得浮体靶标进入光电头视场中央。艇载指控系统结合雷达系统上报的靶标位置信息和导航系统感知的保障舰艇摇摆、起伏信息，能够计算并向光电头输出摇摆状态下，对准靶标进行稳定观测的方位、俯仰伺服角，实时控制光电头伺服转动，使得靶标稳定于光电头视场中心，保持理想的光电观测质量。
（c）基于人工智能方法，光电智能处理设备能够对视频图像中的靶球目标自主搜索、检测识别以及跟踪锁定，自动对光电伺服指向进行微调，进一步保证光电图像的观测范围与质量。
（d）当智能光电系统识别出当前视场中心的目标不是真实靶球时，自动将错误结果返回至检靶指控系统，由检靶指控系统下达指令至雷达系统，重新扫描寻找，直至雷达系统与光电系统的识别结果都为靶球。
（e）舰炮射击过程中，光电智能处理设备对光电图像中的靶标和水柱进行联合观测与自动识别，实时向艇载指控系统上报处理解算后的光电目标与视频图像，并接收指控系统指令，对光电观测参数进行调整。
通过艇载指控系统利用雷达目指控制光电头伺服转动，以及光电智能处理设备自动跟踪锁定靶球的两种方式，可以有效保证靶标稳定于光电视场中央，当光电头视场角不小于60°，靶标拖曳缆绳为300米时，光电头能够覆盖以靶标为中心，半径150米的较大观测区域，满足对有效命中弹丸的光电观测需求，大幅降低漏检概率。
（3）高精导航系统
由抗干扰导航天线、导航处理模块、接口模块等组成，主要完成对保障舰艇平台的位置、姿态及运动要素的实时精确测量，用于后续补偿平台摇摆造成的检靶误差，并为检靶系统提供态势信息。
1.2 艇载检靶指控系统
由高速处理加固计算机、数据库系统、人工智能处理器、高速视频编解码器和配套软件等组成，主要完成对艇载检靶设备的协同控制，完成雷达、光电及导航测量数据的实时收集、处理与数据库建立，实现与指挥所基站间的指令交互与状态反馈。
检靶指控系统是整个艇载检靶测量系统的管控与集中处理中心，主要功能包括：
（a）接收指挥舰检靶控制基站各类指令，对雷达、光电等艇载系统及设备进行统一管理和配置；
（b）完成雷达带动光电等控制解算，使各个观测设备协同配合工作，保障对射击靶区的稳定测量；
（c）收集雷达、光电等检靶感知设备对射击靶区靶标和水柱的观测处理数据与图像，收集导航设备输出的保障舰艇位置及摇摆姿态数据，对多源数据进行融合处理；
（d）在指控系统内部，按时间序列，自动生成检靶原始测量数据库，为后续人工离线高精检靶提供数据支撑。
1.3 艇载通信系统
艇载通信系统包括高速图传通信系统、艇间自组网通信系统、北斗通信设备组成。通信系统主要完成指挥舰控制基站与保障舰艇检靶系统之间的高速信息交互，实现指挥舰控制基站对舰艇检靶系统检靶测量过程与状态的实时监控。为了提供高速、实时且可靠的数据及图像信息交互，通信系统设计采用三种通信方式并行工作的冗余方案：
（a）高速图传通信系统
是最主要的通信链路，可提供5公里范围内时延不大于50ms、带宽不小于10M的无线图传功能，由高增益通信天线、高速图传通信电台、接口模块等构成，安装于各个检靶保障舰艇和指挥舰上，实现艇载检靶系统与指挥控制基站之间的控制指令、靶区雷达\光电原始视频图像、检靶测量数据的高速交互。
（b）艇间自组网通信系统
提供8公里范围内时延不大于50ms、带宽不小于1M的双艇内部自组网通信功能，由高增益通信天线、自组网通信电台、接口模块等构成，安装于各个检靶保障舰艇上，主要用于双艇检靶模式下，艇间检靶测量信息及检测目标的实时交互与确认，实现双艇协同检靶，提升检靶测量数据的采集同步性与准确一致性。
（c）北斗通信设备
安装于各个检靶保障舰艇和指挥控制基站上，作为备份，实现应急指令交互。能提供5秒/次，每次210个字节的短报文通信能力，作为应急通信手段，实现指挥控制基站与艇载系统间紧急指令（检靶启动\终止指令等）的下达与状态监视。
1.4 艇载辅助设备
辅助设备主要实现系统设备的模块化封装，便于储存和运输，包括一体化智能感知桅杆、智能检靶处理设备舱（含高速交换机、视频编解码设备、电源模块、水密机箱、机柜、组装支架、网线等）、电缆、接插件等组成。雷达系统、光电系统、高精导航系统等传感探测设备统一封装在智能感知桅杆模块中，在保障舰艇舱外，高处、露天放置，以保证对射击靶区的良好通视观测；检靶指控系统放置在保障舰艇舱室内，连同电源模块、交换机等设备仪器，封装在智能检靶处理设备舱模块内。模块与模块之间通过有线电缆相互连接，形成完整功能系统。
1.5 艇载设备硬件安装连接关系
保障舰艇上用于检靶测量的主要设备的硬件安装连接关系如图8所示。其中，雷达、导航系统的天线和光电系统的光电摄像头安装在舱面，且光电系统的光电头需要安装在360°环扫无遮挡的位置。
导航系统的主机安装在舱内，通过天线馈线与导航天线连接，并通过RS232串口连接NPORT转换成网线后与网络交换机相连。
光电系统的处理设备安装在舱内，通过网线连接网络交换机，光电摄像头的视频信号通过网线连接至网络交换机，而光电摄像头的控制信号通过RS422串口连接NPORT转换成网线后与网络交换机相连。
雷达系统的工控机和显示设备安装在舱内，并通过网线连接至网络交换机，而雷达设备的天线直接通过网线连接至网络交换机。
艇载指控系统的工控机安装在舱内，通过网线连接至网络交换机。
2. 指挥控制基站系统
指挥控制基站系统通常部署在指挥舰上，包括通信子系统、检靶控制基站、人工离线检靶基站以及指挥舰导航定位子系统等组成。主要完成指挥舰对艇载检靶设备的实时监控以及离线检靶。
（1）通信子系统
与艇载通信子系统配套，包括高速图传通信系统、艇间自组网通信系统、北斗通信设备组成，主要完成艇载检靶系统与指挥舰基站之间的高速数据通信。
（2）检靶控制基站
检靶控制基站采用三屏加固计算机、高速视频编解码器及专用检靶控制软件等组成。负责艇载检靶观测过程的实时控制与状态监视，实现检靶观测数据的自动采集，完成艇端检靶原始测量数据库的自动生成。
检靶控制软件界面包括检靶态势显示区、光电图像监视区、雷达图像监视区、雷达控制区、光电控制区、检靶控制区、检靶状态监视区等功能区。其中，检靶态势显示区用于显示检靶保障舰艇的位置态势及航向、航速，对检靶阵型进行监视；光电图像监视区用于实时显示光电系统所观测到的视频图像，对光电系统对射击靶区的检靶观测状态进行监视；雷达图像监视区用于实时显示雷达系统所探测得到的原始雷达图像，对雷达系统对射击靶区的检靶观测状态进行监视；光电控制区用于对光电系统焦距、视场角、帧率等工作参数进行实时配置，保持光电系统处于良好检靶观测状态；雷达控制区用于对雷达系统探测量程、增益、检靶半径、扫描速率等工作参数进行实时配置，保持雷达系统处于良好检靶观测状态；检靶控制区用于根据射击训练实施过程，按需开启\终止艇载检靶系统数据采集过程，检靶过程中，对光电系统光轴指向进行干预式控制，保证光轴瞄准靶标中心观测；检靶状态监视区用于实时显示雷达、光电、导航、指控等检靶测量子系统设备工作状态，对射击训练过程中，检测识别的靶球及弹丸水柱进行显示。
（3）人工离线检靶基站
人工离线检靶基站由高速处理工业计算机、数据库系统、离线检靶软件等组成。舰炮射击训练结束后，完成艇端检靶原始测量数据库的下载与注入、射击全程数据回放、人工离线高精检靶与脱靶量检测报告自动生成等功能。
（4）导航定位子系统
导航定位子系统由抗干扰导航天线、导航处理模块、接口模块等组成，完成指挥舰自定位，用于实时掌握训练海区内指挥舰与保障舰艇的分布态势，保持稳定、安全、通信可靠的检靶队形。
（5）基站辅助设备
基站辅助设备包括综合处理机箱（含高速交换机、电源模块、机柜、组装支架、网线等）、电缆、接插件等组成。
为了证明本发明的技术方案的创造性和技术价值，该部分是对权利要求技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用实施例。
本发明提供的雷达、光电的舰炮对海射击脱靶量测量系统可以应用于海上军事训练中，对舰炮射击脱靶量进行实时测量和数据采集，为后续训练提供准确的数据支持。例如，海上利用舰炮对海目标射击训练中，训练舰艇使用该系统对靶标进行观测和测量，指挥舰通过接收艇载观测站发送的数据，实时掌握训练情况，进行指挥调度和决策，从而提高海上对海打击训练的实战化水平。
另外，本发明提供的雷达、光电的舰炮对海射击脱靶量测量系统也可以应用于海上船舶安全领域，例如对于船舶安全事故的调查和分析，可以使用该系统进行事故现场的数据测量和采集，提供准确的事故分析和处理依据。
应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种舰炮对海射击脱靶量测量系统，其特征在于，包括艇载观测站和指挥控制基站系统，其中艇载观测站配置舰载检靶系统，舰载检靶系统由艇载检靶测量系统、艇载检靶指控系统、艇载通信系统以及艇载辅助设备组成；
艇载观测站安装在保障舰艇上，保障舰艇负责完成舰炮射击训练过程中对射击靶区的检靶观测和数据的实时采集任务，同时训练保障舰艇通过300米缆绳拖曳靶标航行，为训练舰艇提供射击目标；
艇载检靶系统利用雷达、光电和导航传感探测系统，在艇载指控系统的统一控制下实现对射击靶区视景内球形靶标与舰炮落水水柱的联合观测、数据采集、定位与跟踪处理；其中，射击靶区为以靶标为圆心的圆；随舰炮射击训练过程，实时、自动建立以每艘训练舰艇为归档单位，按照时间序列进行组织管理的检靶原始测量数据库，为人工离线高精检靶提供数据测量信息；
指挥控制基站系统部署在指挥舰上，由无线通信子系统、检靶控制基站、人工离线检测基站、指挥舰导航定位子系统以及指挥舰基站辅助设备构成；指挥舰始终位于距保障舰艇前方3~5公里的安全范围内领航；检靶过程中，指挥舰控制基站系统利用通信设备与保障舰艇进行数据交互，实现对艇载检靶设备、训练保障舰艇检靶过程的实时监控以及离线检靶；
艇载检靶测量系统安装在保障舰艇上，由智能雷达系统、智能光电系统以及高精导航系统构成，用于在舰炮对海射击训练过程中，完成对射击靶区内靶标和弹丸水柱目标的雷达\光电复合观测与自动处理，并对保障舰艇位置、姿态数据进行采集，实时构建艇端检靶原始测量数据库；
其中，智能雷达系统由雷达天线、雷达显示终端以及雷达工控机组成，雷达天线、显示终端和工控机通过工业交换机1连接，雷达工控机同时与工业交换机2相连，用于接收导航数据，并与指控计算机及其他设备完成数据交互；雷达系统用于对射击靶区内的靶标和弹丸水柱进行雷达观测，实现对靶标和水柱目标的自动识别、建航、定位与跟踪，为脱靶量测量提供雷达观测信息；
智能光电系统由光电设备、接口模块、网络交换机、光电智能处理设备以及配套软件组成，光电设备包括伺服光电头和稳定平台全景相机；智能光电系统用于对射击靶区内的靶标和弹丸水柱进行观测，实现对靶标和水柱图像目标的自动提取、光学识别与测量，为脱靶量测量提供光学观测信息；其中，光电头具有360°水平和-20°~50°俯仰伺服能力，用于完成视觉感知，输出不小于10帧/秒的高分辨率视频图像，并实时补偿舰艇摇摆，实现对以靶标为中心射击靶区的稳定观测；光电智能处理设备用于对光电头输入的视频图像中的靶标和弹丸水柱进行自动识别与上报；检靶光电系统通过交换机与艇载检靶指控系统连接，用于接收控制指令的同时反馈光电观测图像与光学目标识别数据；
高精导航系统由抗干扰导航天线、导航处理模块以及接口模块组成，用于完成对保障舰艇平台的位置、姿态以及运动要素的实时精确测量，用于后续补偿平台摇摆造成的检靶误差，并为检靶系统提供态势信息；
艇载通信系统由高速图传通信系统、艇间自组网通信系统以及北斗通信设备组成，用于完成指挥舰控制基站与保障舰艇检靶系统之间的高速信息交互，实现指挥舰控制基站对舰艇检靶系统检靶测量过程与状态的实时监控；
其中，高速图传通信系统由高增益通信天线、高速图传通信电台和接口模块构成，安装于各个检靶保障舰艇和指挥舰上，用于提供5公里范围内时延不大于50ms、带宽不小于10M的无线图传功能，实现艇载检靶系统与指挥控制基站之间的控制指令、靶区雷达\光电原始视频图像、检靶测量数据的高速交互；
艇间自组网通信系统由高增益通信天线、自组网通信电台和接口模块构成，安装于各个供检靶保障舰艇上，用于提供8公里范围内时延不大于50ms、带宽不小于1M的双艇内部自组网通信功能，用于双艇检靶模式下，艇间检靶测量信息以及检测目标的实时交互与确认，实现双艇协同检靶；
北斗通信设备安装于各个检靶保障舰艇和指挥控制基站上，作为备份实现应急指令交互，提供5秒/次，每次210个字节的短报文通信能力；作为应急通信手段，实现指挥控制基站与艇载系统间紧急指令的下达与状态监视；
艇载检靶指控系统由高速处理加固计算机、数据库系统、人工智能处理器、高速视频编解码器以及配套软件组成，是艇载检靶系统的管控与集中处理中心，用于协同控制艇载检靶设备，完成雷达、光电及导航测量数据的实时收集、处理与数据库建立，实现与指挥所基站间的指令交互与状态反馈；接收指挥舰检靶控制基站各类指令，对雷达、光电等艇载系统以及设备进行统一管理和配置；完成雷达带动光电的控制解算，使各个观测设备协同配合工作；收集雷达、光电检靶感知设备对射击靶区靶标和水柱的观测处理数据与图像，收集导航设备输出的保障舰艇位置以及摇摆姿态数据，并对多源数据进行融合处理；在指控系统内部，按时间序列自动生成检靶原始测量数据库；
艇载辅助设备用于实现系统设备的模块化封装，由一体化智能感知桅杆、智能检靶处理设备舱、电缆以及接插件组成，其中智能检靶处理设备舱包括高速交换机、视频编解码设备、电源模块、水密机箱、机柜、组装支架和网线；雷达系统、光电系统和高精导航系统的传感探测设备统一封装在智能感知桅杆模块中，在保障舰艇舱外，高处、露天放置；检靶指控系统放置在保障舰艇舱室内，连同电源模块、交换机的设备仪器，封装在智能检靶处理设备舱模块内；模块与模块之间通过有线电缆相互连接，形成完整功能系统；
保障舰艇上用于检靶测量的设备中，雷达、导航系统的天线和光电系统的光电摄像头安装在舱面，且光电系统的光电头安装在360°环扫无遮挡的位置；导航系统的主机安装在舱内，通过天线馈线与导航天线连接，并通过RS232串口连接NPORT转换成网线后与网络交换机相连；光电系统的处理设备安装在舱内，通过网线连接网络交换机，光电摄像头的视频信号通过网线连接至网络交换机，而光电摄像头的控制信号通过RS422串口连接NPORT转换成网线后与网络交换机相连；雷达系统的工控机和显示设备安装在舱内，并通过网线连接至网络交换机，而雷达设备的天线直接通过网线连接至网络交换机；艇载指控系统的工控机安装在舱内，通过网线连接至网络交换机；
指挥控制基站系统的通信子系统与艇载通信子系统配套，由高速图传通信系统、艇间自组网通信系统、北斗通信设备组成，用于完成艇载检靶系统与指挥舰基站之间的高速数据通信；
检靶控制基站三屏加固计算机、高速视频编解码器以及专用检靶控制软件等组成，用于负责艇载检靶观测过程的实时控制与状态监视，实现检靶观测数据的自动采集，完成艇端检靶原始测量数据库的自动生成；
人工离线检靶基站由高速处理工业计算机、数据库系统以及离线检靶软件组成；舰炮射击训练结束后，用于完成艇端检靶原始测量数据库的下载与注入、射击全程数据回放、人工离线高精检靶与脱靶量检测报告自动生成功能；
导航定位子系统由抗干扰导航天线、导航处理模块以及接口模块组成，完成指挥舰自定位，用于实时掌握训练海区内指挥舰与保障舰艇的分布态势；
基站辅助设备由综合处理机箱、电缆以及接插件组成；其中，综合处理机箱包括高速交换机、电源模块、机柜、组装支架和网线；
检靶控制基站界面包括检靶态势显示区、光电图像监视区、雷达图像监视区、雷达控制区、光电控制区、检靶控制区以及检靶状态监视区；
其中，检靶态势显示区，用于显示检靶保障舰艇的位置态势以及航向、航速，对检靶阵型进行监视；光电图像监视区，用于实时显示光电系统所观测到的视频图像，对光电系统对射击靶区的检靶观测状态进行监视；雷达图像监视区，用于实时显示雷达系统所探测得到的原始雷达图像，对雷达系统对射击靶区的检靶观测状态进行监视；光电控制区，用于对光电系统焦距、视场角以及帧率的工作参数进行实时配置，保持光电系统处于良好检靶观测状态；雷达控制区，用于对雷达系统探测量程、增益、检靶半径以及扫描速率的工作参数进行实时配置，保持雷达系统处于良好检靶观测状态；检靶控制区，用于根据射击训练实施过程，按需开启\终止艇载检靶系统数据采集过程，检靶过程中，对光电系统光轴指向进行干预式控制，保证光轴瞄准靶标中心观测；检靶状态监视区，用于实时显示雷达、光电、导航以及指控的检靶测量子系统设备工作状态，并对射击训练过程中检测识别的靶球以及弹丸水柱进行显示。
2.一种应用如权利要求1所述的舰炮对海射击脱靶量测量系统的舰炮对海射击脱靶量测量方法，其特征在于，舰炮对海射击脱靶量测量方法包括以下步骤：
步骤一，分别利用艇载检靶测量系统的雷达系统和光电系统对射击靶区内的靶标和弹丸水柱进行雷达和光电观测，实现对靶标和水柱目标的自动光学识别、建航、定位与跟踪，为脱靶量测量提供雷达观测信息和光学观测信息；利用导航系统完成对保障舰艇平台的位置、姿态和运动要素的实时精确测量；
步骤二，利用艇载检靶指控系统完成对艇载检靶设备的协同控制，完成数据实时收集、处理与数据库建立，实现与指挥所基站间的指令交互与状态反馈；利用艇载通信系统完成指挥舰控制基站与保障舰艇检靶系统之间的高速信息交互，实现指挥舰控制基站对舰艇检靶系统检靶测量过程与状态的实时监控；
步骤三，利用艇载辅助设备实现舰炮对海射击脱靶量测量系统设备的模块化封装；利用指挥控制基站系统的通信子系统完成艇载检靶系统与指挥舰基站之间的数据通信；利用检靶控制基站进行艇载检靶观测的实时控制与状态监视，实现检靶观测数据的自动采集，完成艇端检靶原始测量数据库的自动生成；
步骤四，舰炮射击训练结束后，利用人工离线检靶基站完成艇端检靶原始测量数据库的下载与注入、射击全程数据回放、人工离线高精检靶与脱靶量检测报告自动生成；利用导航定位子系统完成指挥舰自定位，实时掌握训练海区内指挥舰与保障舰艇的分布态势，保持稳定、安全、通信可靠的检靶队形。
3.如权利要求2所述的舰炮对海射击脱靶量测量方法，其特征在于，步骤一中的雷达系统的雷达工控机的输入数据为导航数据和雷达天线输入的原始Spoke数据，结合检靶任务实现检靶雷达系统的核心处理；利用雷达天线作为雷达感知源对雷达周边海域进行360°全向扫描，选择高速雷达工控机对雷达原始Spoke图像进行处理，实现舰炮对海单发、连发射击检靶；
其中，利用光电系统对射击靶区内的靶标和弹丸水柱进行观测，实现对靶标和水柱目标的自动光学识别，为脱靶量测量提供光学观测信息包括：
（1）根据雷达系统上报的浮体靶标位置信息，作为光电系统观测中心的目标指示；充气式球形靶标布放入水后，检靶雷达系统对充气式球形靶标布稳定建航和定位跟踪，实时向艇载指控系统上报靶标位置；
（2）艇载指控系统控制光电头伺服转动，使浮体靶标进入光电头视场中央；艇载指控系统结合雷达系统上报的靶标位置信息和导航系统感知的保障舰艇摇摆和起伏信息计算并向光电头输出摇摆状态下，对准靶标进行稳定观测的方位和俯仰伺服角，实时控制光电头伺服转动，使靶标稳定于光电头视场中心；
（3）基于人工智能方法，利用光电智能处理设备对视频图像中的靶球目标自主搜索、检测识别以及跟踪锁定，自动对光电伺服指向进行微调；
（4）当智能光电系统识别出当前视场中心的目标不是真实靶球时，自动将错误结果返回至检靶指控系统，由检靶指控系统下达指令至雷达系统，重新扫描寻找，直至雷达系统与光电系统的识别结果均为靶球；
（5）舰炮射击过程中，光电智能处理设备对光电图像中的靶标和水柱进行联合观测与自动识别，实时向艇载指控系统上报处理解算后的光电目标与视频图像，并接收指控系统指令，对光电观测参数进行调整。
4.一种计算机设备，其特征在于，计算机设备包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行如权利要求2所述的舰炮对海射击脱靶量测量方法的步骤。
5.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行如权利要求2所述的舰炮对海射击脱靶量测量方法的步骤。
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