CN116358349A - 一种基于无人机的多模式制导模拟系统及制导模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无人机的多模式制导模拟系统及制导模拟方法，本发明采用无人机与搭载有可见光电视、红外热像仪、激光光斑跟踪器的光电吊舱，再结合地面激光目标指示器对目标进行激光照射，可分别实现可见光电视制导、红外制导、半主动激光制导模拟，制导模拟方式多样，使用灵活，并可昼夜工作，实现空对地制导武器对目标的捕获、跟踪及制导模拟，模拟空对地制导武器相对目标的空中机动过程，工作过程可视且可控，从而实现低成本、可重复、多模式的制导模拟系统，满足现有对制导模拟不同使用需求。

Description

一种基于无人机的多模式制导模拟系统及制导模拟方法

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，特别是涉及一种基于无人机的多模式制导模拟系统及制导模拟方法。

背景技术

为提升制导武器打击精度或提升防御水平，采用制导武器打靶测试与训练是最直接最有效的检验手段，但费用昂贵，测试周期长，同时，实弹打靶测试破坏性大，对人员技能以及测试环境要求高，重复性差，并对相关人员和周边设备设施的安全性造成威胁。所以，如何低成本、可重复利用来完成制导模拟成为成为现在亟待需要解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种基于无人机的多模式制导模拟系统及制导模拟方法，以解决现有技术中不能很好地实现制导模拟的问题。

第一方面，本发明提供了一种基于无人机的多模式制导模拟系统，所述系统包括：光电吊舱和地面控制站，所述光电吊舱设置在无人机上，且所述光电吊舱内进一步设有可见光电视、红外热像仪、激光光斑跟踪器、主控单元、视频跟踪单元和伺服系统，其中，所述可见光电视、所述红外热像仪和所述激光光斑跟踪器的视轴一致；

通过所述可见光电视、所述红外热像仪以及所述激光光斑跟踪器的光学载荷来采集目标的状态信息，并将采集到的目标的状态信息发送给所述主控单元，并由所述主控单元将目标的状态信息发送给所述地面控制站；

所述视频跟踪单元，用于根据目标在视场中心的脱靶量计算伺服调整量，并将所述伺服调整量发送给所述伺服系统，以通过所述伺服系统来对所述光电吊舱进行调整，使得目标始终控制在视场中心；

所述地面控制站，用于根据所述可见光电视、所述红外热像仪和所述激光光斑跟踪器发送来的目标的状态信息，结合无人机的飞行数据，实现当前光学载荷所模拟的导引头的制导功能，并通过所述视频跟踪单元对整个模拟过程进行目标捕获、跟踪及制导的模拟，进而实现模拟空对地制导武器相对目标的空中机动过程。

可选地，通过所述可见光电视、所述红外热像仪以及所述激光光斑跟踪器的光学载荷来采集目标的状态信息，包括：通过所述可见光电视、所述红外热像仪采集目标的视频信息，并通过所述激光光斑跟踪器采集目标的激光光斑的脱靶量。

可选地，所述地面控制站还用于，根据所述可见光电视、所述红外热像仪采集的目标的视频信息确定目标的位置和状态，并根据所述目标的位置和状态对所述可见光电视、所述红外热像仪和所述激光光斑跟踪器进行控制。

可选地，所述光电吊舱内还包括：图像存储单元；所述图像存储单元，用于对所述可见光电视、所述红外热像仪采集到的视频信息进行存储。

可选地，所述方法还包括：所述视频跟踪单元还用于，将所述可见光电视和所述红外热像仪采集到的视频信息与预存的图像信息进行匹配，如果匹配成功，则触发实现当前光学载荷所模拟的导引头的制导功能。

可选地，所述地面控制站还用于，根据所述视频信息中目标大小、作用距离、使用环境要求，确定满足测试及训练要求的可见光电视或红外热像仪传感器分辨率和焦距大小，并确定采用连续变焦或定焦镜头，同时确定制冷型红外或非制冷型红外热像仪，以及确定激光光斑跟踪器的捕获距离、工作波段和激光编码类型。

可选地，所述光电吊舱包括多种型号，且每一种型号的光电吊舱具有不同的体积和重量，即每一种类型的光电吊舱内均根据测试及训练要求而配置有对应的光学载荷，以使得能够根据无人机负载能力、所承载的重量、尺寸要求以及使用环境来选择满足对应型号的光电吊舱。

可选地，所述光电吊舱还包括稳定平台；所述可见光电视、所述红外热像仪、所述激光光斑跟踪器、所述主控单元、所述视频跟踪单元和所述伺服系统均设置在所述稳定平台上，以通过所述稳定平台对所述可见光电视、所述红外热像仪和所述激光光斑跟踪器进行方位和俯仰的稳定控制。

可选地，所述光电吊舱还包括减振机构；通过所述减振机构将所述稳定平台与无人机进行连接。

第二方面，本发明提供了一种基于上述中任一种所述的无人机的多模式制导模拟系统进行制导模拟的方法，所述方法包括：

在使用可见光电视和红外成像制导模拟时，将所述可见光电视和所述红外热像仪采集到的目标的状态信息实时通过主控单元传输到地面控制站，所述地面控制站根据对所述状态信息的处理确定目标信息及无人机的飞行状态，在确定搜索到目标后，触发视频跟踪单元对目标进行自动闭环跟踪，确保所述可见光电视和所述红外模拟导引头始终将目标控制在视场中心，并根据所述地面控制站的触发进行可见光电视和红外成像制导模拟；

在使用半主动激光制导模拟时，根据光电吊舱的伺服系统反馈的目标状态中的方位角、俯仰角，激光光斑跟踪器反馈的激光光斑中心脱靶量以及无人机飞行状态信息，判断无人机飞行姿态，触发所述视频跟踪单元对激光光斑中心的自动闭环跟踪，确保半主动激光模拟导引头始终将激光光斑中心控制在预设角度偏差范围内，同时，所述地面控制站控制无人机飞向目标，以模拟空对地制导武器相对目标的空中机动过程，实现对所述目标的捕获、跟踪及制导的模拟。

本发明有益效果如下：

本发明采用无人机与搭载有可见光电视、红外热像仪、激光光斑跟踪器的光电吊舱，再结合地面激光目标指示器对目标进行激光照射，可分别实现可见光电视制导、红外制导、半主动激光制导模拟，制导模拟方式多样，使用灵活，并可昼夜工作，实现空对地制导武器对目标的捕获、跟踪及制导模拟，模拟空对地制导武器相对目标的空中机动过程，工作过程可视且可控，从而实现低成本、可重复、多模式的制导模拟系统，满足现有对制导模拟不同使用需求。

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

通过阅读下文优选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。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明实施例提供一种基于无人机的多模式制导模拟系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的光电吊舱的工作示意图；

图3是本发明实施例提供的光电吊舱主要组成框图；

图4是本发明实施例提供的光电吊舱内部工作原理示意图；

图5是本发明实施例提供的光电吊舱的工作模式示意图。

具体实施方式

本发明实施例针对现有无法有效模拟制导的问题，而提供一种轻量化、小型化、集成化程度高的多模式制导模拟系统，实践证明，本发明的基于无人机的多模式制导模拟系统能够应用于制导武器系统测试及训练，降低了测试与训练成本，并且本发明对人员及工作环境要求低，重复性好且灵活性高。以下结合附图以及实施例，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，并不限定本发明。

制导武器系统一般由相应光学导引头、弹体、控制系统等部分组成，半主动激光制导系统还需要激光目标指示器。研制精确制武器需要提供大量测试数据以实现系统设计优化；同时，日常对抗训练也需要制导模拟系统，在实现训练任务的同时，需要尽可能降低成本，并且要求训练设备可重复使用，灵活性高。采用实弹打靶进行测试与训练不仅可对制导武器系统性能进行检验，达到测试与训练目的，而且获取的测试数据更准确，但成本高，破坏性大，对测试环境以及人员技能要求高，并存在人员及设备安全性问题。所以如何实现低成本、可重复利用的制导模拟系统测试及训练非常重要。

对此，本发明第一实施例提供了一种基于无人机的多模式制导模拟系统，参见图1和图2所示，本发明实施例的基于无人机的多模式制导模拟系统具体包括：光电吊舱和地面控制站，所述光电吊舱设置在无人机上，且所述光电吊舱内进一步设有可见光电视、红外热像仪、激光光斑跟踪器、主控单元、视频跟踪单元和伺服系统，其中，所述可见光电视、所述红外热像仪和所述激光光斑跟踪器的视轴一致；

通过所述可见光电视、所述红外热像仪以及所述激光光斑跟踪器的光学载荷来采集目标的状态信息，并将采集到的目标的状态信息发送给所述主控单元，并由所述主控单元将目标的状态信息发送给所述地面控制站；

所述视频跟踪单元，用于根据目标在视场中心的脱靶量计算伺服调整量，并将所述伺服调整量发送给所述伺服系统，以通过所述伺服系统来对所述光电吊舱进行调整，使得目标始终控制在视场中心；

所述地面控制站，用于根据所述可见光电视、所述红外热像仪和所述激光光斑跟踪器发送来的目标的状态信息，结合无人机的飞行数据，确定实现当前光学载荷所模拟的导引头的制导模拟，并通过所述视频跟踪单元对整个模拟过程进行目标捕获、跟踪及制导的模拟，进而实现模拟空对地制导武器相对目标的空中机动过程。

也就是说，本发明是通过光电吊舱来装载可见光电视、红外热像仪等光学成像传感器，通过陀螺稳定控制系统实现光学载荷视轴稳定，协助无人机实现昼夜工作，并通过无线通讯链路设备将采集到的目标视频图像实时传输到地面控制站，供操控人员实时掌控目标及无人机的飞行状态，进行决策。也即，本发明实施例是采用无人机与光电吊舱来实现对制导武器制导模拟。装载可见光电视、红外热像仪的光电吊舱可分别模拟可见光电视导引头、红外导引头，并通过装载的激光光斑跟踪器，再结合激光目标指示器对目标进行激光照射，从而模拟半主动激光制导导引头，无人机及其飞控系统模拟制导武器弹体及其控制系统。

具体来说，本发明实施例是通过所述可见光电视、所述红外热像仪采集目标的视频信息，并通过所述激光光斑跟踪器采集目标的激光光斑的脱靶量。并且本发明实施例中的地面控制站是根据所述可见光电视、所述红外热像仪采集的目标的视频信息确定目标的位置和状态，并根据所述目标的位置和状态对所述可见光电视、所述红外热像仪和所述激光光斑跟踪器进行控制。

另外，在具体实施时，本发明实施例是通过所述地面控制站来根据所述视频信息中目标大小、作用距离、使用环境要求，确定满足测试及训练要求的可见光电视或红外热像仪传感器分辨率和焦距大小，并确定采用连续变焦或定焦镜头，同时确定制冷型红外或非制冷型红外热像仪，以及确定激光光斑跟踪器的捕获距离、工作波段和激光编码类型。

具体来说，本发明实施例是采用固定翼或复合翼无人机，并确保无人机具备一定的飞行速度，其组成包括无人机本体、惯导、飞控以及地面操控系统等。并且本发明实施例是根据无人机负载能力，选择体积、重量相适合的光电吊舱载荷，通过在光电吊舱装载可见光电视、红外热像仪、激光光斑跟踪器等设置，并基于模块化设计，可根据作用距离及实际需要，选择满足测试及训练要求的光学载荷，如可根据目标大小、作用距离、使用环境等要求，选择可见光电视或红外热像仪传感器分辨率、焦距大小、连续变焦或定焦镜头，选择制冷型红外或非制冷型红外热像仪，确定激光光斑跟踪器的捕获距离、工作波段、激光编码类型等。

具体来说，本发明实施例中，所述视频跟踪单元还用于，将所述可见光电视和所述红外热像仪采集到的视频信息与预存的图像信息进行匹配，如果匹配成功，则触发实现当前光学载荷所模拟的导引头的制导功能。

也就是说，本发明实施例中只有在采集到的视频信息与预存的图像信息匹配成功后，就会触发实现当前光学载荷所模拟的导引头的制导功能。

具体实施时，本发明实施例通过设置，使得可见光电视、红外热像仪、激光光斑跟踪器光轴以可见光电视光轴为基准进行标定，确保三个光学传感器光轴平行性指标保持在允许的误差范围内。无人机与光电吊舱可实现昼夜工作，可分别模拟可见光电视制导系统、红外制导系统以及半主动激光制导系统。

在具体使用时，可单独使用可见光电视制导模拟系统、红外制导模拟系统，或结合激光目标指示器，单独使用半主动激光制导模拟系统。

当使用可见光电视或红外成像制导模拟时，地面控制站通过机载无线链路设备将光电吊舱采集到的目标视频图像实时传输到地面控制站，供操控人员实时掌控目标及无人机的飞行状态。光电吊舱搜索到目标后，可实现对目标的自动闭环跟踪，确保可见光电视或红外模拟导引头始终将目标控制在视场中心；当使用半主动激光制导模拟系统时，地面操控人员根据光电吊舱反馈的方位、俯仰角、激光光斑跟踪器反馈的激光光斑中心脱靶量以及无人机飞行状态信息，判断无人机飞行姿态；光电吊舱可实现对激光光斑中心的自动闭环跟踪，确保半主动激光模拟导引头始终将激光光斑中心控制在允许的角度偏差范围内；同时，地面操控人员按一定导引规律控制无人机飞向目标，实现相应模式制导模拟及对目标的攻击过程模拟。另外，地面控制站可通过有线或无线网络系统将制导模拟过程视频传输到指控中心，亦可接收指控中心下达的测试及训练任务。

具体实施时，本发明实施例可见光电视模拟导引头制导工作过程包括：

无人机起飞后，地面控制站操控人员控制无人机及光电吊舱运动，由光电吊舱中的可见光电视搜索目标，即可与已事先存储于光电吊舱系统中的目标图像做景像匹配寻找目标，又可由地面操控人员辅助，根据测试及训练实际情况确定目标。捕获到目标后，地面控制站通过机载无线链路设备将光电吊舱采集的目标视频图像实时传输到地面控制站，地面控制站操控人员实时掌控目标及无人机的飞行状态，根据光电吊舱反馈的方位、俯仰角、脱靶量以及无人机飞行状态信息，判断无人机飞行姿态。进入跟踪状态后，光电吊舱可实现对运动目标的自动闭环跟踪，确保可见光电视模拟导引头始终将目标控制在视场中心；同时，地面控制站操控人员按一定导引规律引导无人机飞向目标。该制导模式测试可在白天正常光照或满足能见度要求天气条件下进行。

本发明实施例中，红外热像仪模拟导引头制导工作过程具体包括：

无人机起飞后，地面控制站操控人员控制无人机及光电吊舱运动，由光电吊舱中的红外热像仪搜索目标，即可与已事先存储于光电吊舱系统中的目标图像做景像匹配寻找目标，又可由地面操控人员辅助，根据测试及训练实际情况确定攻击目标。捕获到目标后，地面控制站通过机载无线链路设备将光电吊舱采集到的目标视频图像实时传输到地面控制站，地面控制站操控人员实时掌控目标及无人机的飞行状态，根据光电吊舱反馈的方位、俯仰角、脱靶量以及无人机飞行状态信息，判断无人机飞行姿态。进入跟踪状态后，光电吊舱可实现对运动目标的自动闭环跟踪，确保红外模拟导引头始终将目标控制在视场中心；同时，地面控制站操控人员按一定导引规律引导无人机飞向目标。该制导模式测试可在白天或夜晚并满足能见度要求的天气条件下进行。

本发明实施例中，基于光斑跟踪器的半主动激光制导模拟导引头制导工作过程具体包括：

无人机起飞后，地面控制站操控人员控制无人机及光电吊舱运动，由光电吊舱中的可见光或红外热像仪搜索目标，即可与已事先存储于光电吊舱系统中的目标图像做景像匹配寻找目标，又可由地面控制站操控人员辅助，根据测试及训练实际情况确定攻击目标。此时，需要激光目标指示器对目标按照一定的激光编码类型进行照射，可由照射手借助地面激光目标指示器进行照射，亦可通过基于无人机平台的激光目标指示器进行照射，出于成本考虑可采用前者。由于激光光斑跟踪器捕获视场相对较小，为使激光光斑跟踪器快速捕获到目标，此制导模式下，可见光电视或红外热像仪成像传感器作为搜索、捕获目标的辅助手段。

通过可见光电视或红外热像仪捕获到目标后，地面控制站通过机载无线链路设备将光电吊舱采集到的目标视频图像实时传输到地面控制站，地面控制站操控人员实时掌控目标及无人机的飞行状态，根据光电吊舱反馈的方位、俯仰角、脱靶量以及无人机飞行状态信息，判断无人机飞行姿态，控制光电吊舱运动并将目标引入视场中心附近。此时，基于可见光电视、红外热像仪、激光光斑跟踪之间光轴平行性标定的基础上，激光照射光束照射到该目标上并经目标反射后，激光回波信号亦可进入激光光斑跟踪器捕获视场。地面控制站操控人员根据激光光斑跟踪器反馈到地面控制站中的激光光斑中心脱靶量以及无人机飞行状态信息，判断无人机飞行姿态；一方面，操控人员开启半主动激光制导模拟功能后，光电吊舱可实现对激光光斑中心的自动闭环跟踪，确保半主动激光模拟导引头将激光光斑中心从捕获视场引入线性跟踪视场，并将激光光斑中心始终控制在允许的角度偏差范围内；另一方面，操控人员按一定导引规律引导无人机飞向目标。该制导模式测试及训练可在白天或夜晚并满足能见度要求的天气条件下进行。

需要说明的是，在该模式制导模拟过程中，若目标方配置有激光告警系统，当激光目标指示器实现了对目标照射时，可进行声光告警，亦可作为日常对抗模拟训练系统，提升防御水平。

具体实施时，为确保以上三种制导模拟测试及训练安全，当无人机飞抵目标上空一定距离时，结束制导模拟工作，将无人机拉高返回，准备下一次制导模拟或回收无人机，结束本次测试及训练任务。

具体实施时，本发明实施例中地面控制站软件功能包括无人机操控系统及光电吊舱操控系统。光电吊舱操控系统中，设置有可见光电视制导模拟功能模块、红外制导模拟功能模块及半主动激光制导模拟功能模块。除此之外，无人机与光电吊舱仍具备常规的目标侦察、搜索、识别、跟踪等功能，工作模式可由操控人员选择、灵活掌控。当然，本领域技术人员在具体实施时也可以根据实际需要来选择其他各种所需的软件来满足实际所需，本发明对此不作具体限定。

参见图3所示，具体实施时，本发明的光电吊舱还课设有稳定平台和减振机构，通过所述稳定平台来承载所述可见光电视、所述红外热像仪、所述激光光斑跟踪器、所述主控单元、所述视频跟踪单元和所述伺服系统，并通过所述稳定平台来对所述可见光电视、所述红外热像仪、所述激光光斑跟踪器进行方位和俯仰的稳定控制。

然后本发明实施例中减振机构来将所述稳定平台与无人机进行连接。

也就是说，如图2所示，本发明实施例中可见光电视、所述红外热像仪、所述激光光斑跟踪器、所述主控单元、所述视频跟踪单元和所述伺服系统组成一个整体球形，然后将该球体与稳定平台连接，在进一步与减振机构进行连接，从而组成光电吊舱，然后通过减振机构将光电吊舱与无人机进行连接，对于光电吊舱在无人机上的安装位置本领域技术人员可以根据实际需要进行设置，如可以将光电吊舱安装在无人机的腹部等位置，本发明对此不作具体限定。

本发明实施例的光电吊舱通过可见光电视、红外热像仪等光学成像载荷，可自主稳定的侦察海面、地面区域目标，实时、清晰地获取目标的可见光和红外图像；通过上传视轴角度，能够实现可见光电视制导模拟、红外成像制导模拟；通过激光光斑跟踪器的测角偏差信息解算，能够实现激光半主动制导模拟等功能；通过无线链路设备将视频传输到地面控制站供操控人员观察与决策，同时通过无线链路及控制接口控制光电吊舱运转。

具体实施时，本发明实施例的稳定平台采用两轴两框结构，实现高精度视轴稳定控制，保证光学成像载荷在扰动情况下仍能保持瞄准线在惯性空间的稳定，确保视频图像稳定清晰。

另外，本发明实施例可以通过图像存储单元实现红外及可见光视频记录、压缩存储及文件管理、实时传输、数据转存等功能。视频跟踪单元实现目标的检测、识别与跟踪；同时，集成有多目标检测功能，检测到目标后可实现目标提示功能。

本发明实施例中的主控单元根据操控端指令，完成光电吊舱与飞机间信息交互和光电吊舱内部各单元间的任务调度、信息传递。

本发明实施例中的减振机构可对载机的扰动进行抑制。载机在飞行过程中受到旋翼及高速气流的激励，产生的振动和谐振对光电吊舱成像质量具有一定的影响。为提高光电吊舱的成像质量和稳定精度，采用减振机构对扰动加以抑制。

地面控制站实现对光电吊舱的运动控制、光学载荷控制、视频显示、设备状态显示、视频存储等功能。

本发明实施例的光电吊舱内部结构包括：可见光电视、红外热像仪、激光光斑跟踪器设置在球体中心位置，陀螺、俯仰电机也设置在球体内并按照占用最好空间原则进行布设，稳定平台设置在球体的中心轴，也即本发明实施例中整个结构体可称之为两轴陀螺稳定平台，伺服驱动系统负责控制，陀螺和旋变传感器负责感知方位俯仰方向姿态的变化或角度的变化，上面圆柱电子舱中电机实现方位上旋转，带动球体运转，球体一侧配有俯仰电机，带动球体内的光学载荷等实现俯仰方向上的运转)，方位电机和视频跟踪单元设置在球体(也可以称为电子舱)外侧。

参见图5所示，本发明实施例中的光电吊舱的工作模式包括：手动搜索模式、自动扫描模式、目标跟踪、可见光电视制导模拟、红外成像制导模拟以及激光半主动制导模拟，其中，

手动搜索模式具体包括：在手动工作模式下，光电吊舱根据接收到的指令信息驱动光电吊舱在方位/俯仰方向转动。

自动扫描模式具体包括：在该种控制模式下，方位在一定角度范围内，以一定角速度往复运动。也可在一定俯仰角度、一定速度下实现方位方向360度循环运动扫描；

目标指示及跟踪具体包括：在该种模式下，伺服控制单元接收视频跟踪器或激光光斑跟踪器给出的跟踪误差，控制光电吊舱向跟踪误差减少的方向运动，使视频上的十字线始终指向被跟踪目标或激光光斑，实现目标/激光光斑跟踪。在自动跟踪时，可以进行跟踪微调，实现目标再跟踪；

可见光电视制导模拟具体包括：光电吊舱在可见光电视目标跟踪模式的基础上，实时上传稳定平台的俯仰/方位角度，提供给模拟系统进行目标信息解算，模拟可见光电视导引头的制导功能；

红外成像制导模拟具体包括：光电吊舱在红外成像目标跟踪模式的基础上，实时上传稳定平台的俯仰/方位角度，提供给模拟系统进行目标信息解算，模拟红外成像导引头的制导功能；

激光半主动制导模拟具体包括：光电吊舱在激光光斑跟踪模式的基础上，实时上传稳定平台的俯仰/方位角度，提供给模拟系统进行目标信息解算，模拟激光半主动制导导引头的制导功能。

总体来说，本发明实施例提供了一种低成本、可重复利用的多模式制导模拟系统，通过采用无人机与搭载有可见光电视、红外热像仪、激光光斑跟踪器的光电吊舱，再结合地面激光目标指示器对目标进行激光照射，可分别实现可见光电视制导、红外制导、半主动激光制导模拟，制导模拟方式多样，使用灵活，可昼夜工作，实现空对地制导武器对目标的捕获、跟踪及制导攻击模拟，工作过程可视、可控，并通过地面控制站对模拟测试过程进行监控、引导及视频存储，便于追根溯源，供事后进一步分析，为制导系统研制提供测试参考数据，并可作为日常对抗模拟训练系统。并且本发明实施例基于无人机与光电吊舱的多模式制导模拟系统不仅可实现多种制导模拟测试及训练，亦可完成目标侦察、搜索、跟踪与识别等任务，丰富了无人机与光电吊舱系统的功能，实现了多功能、高集成度系统设计。另外，本发明实施例采用的是模块化设计，这便于根据任务进行光学载荷的装载与更换，如需实现更远的作用距离，可选择使用更长焦距的可见光电视、或使用灵敏度更高的制冷型红外热像仪以及捕获距离更远的激光光斑跟踪器等光学载荷，系统功能丰富，适应性强。并且本发明实施例基于无人机与光电吊舱的多模式制导模拟系统实现了多模式、低成本制导模拟测试及训练，重复性好，操控简单，安全性高，对工作环境及操控人员技能要求低，易于推广应用。

本发明第二实施例提供了一种基于本发明第一实施例中任一种所述的无人机的多模式制导模拟系统进行制导模拟的方法，该方法包括：

在使用可见光电视和红外成像制导模拟时，将所述可见光电视和所述红外热像仪采集到的目标的状态信息实时通过主控单元传输到地面控制站，所述地面控制站根据对所述状态信息的处理确定目标信息及无人机的飞行状态，在确定搜索到目标后，触发视频跟踪单元对目标进行自动闭环跟踪，确保所述可见光电视和所述红外模拟导引头始终将目标控制在视场中心，并根据所述地面控制站的触发进行可见光电视和红外成像制导模拟；

在使用半主动激光制导模拟时，根据光电吊舱的伺服系统反馈的目标状态中的方位角、俯仰角，激光光斑跟踪器反馈的激光光斑中心脱靶量以及无人机飞行状态信息，判断无人机飞行姿态，触发所述视频跟踪单元对激光光斑中心的自动闭环跟踪，确保半主动激光模拟导引头始终将激光光斑中心控制在预设角度偏差范围内，同时，所述地面控制站控制无人机飞向目标，以模拟空对地制导武器相对目标的空中机动过程，实现对所述目标的捕获、跟踪及制导的模拟。

也就是说，本发明实施例是采用无人机与搭载有可见光电视、红外热像仪、激光光斑跟踪器的光电吊舱，再结合地面激光目标指示器对目标进行激光照射，可分别实现可见光电视制导、红外制导、半主动激光制导模拟，制导模拟方式多样，使用灵活，并可昼夜工作，实现空对地制导武器对目标的捕获、跟踪及制导模拟，模拟空对地制导武器相对目标的空中机动过程，工作过程可视且可控，从而实现低成本、可重复、多模式的制导模拟系统，满足现有对制导模拟不同使用需求。

本发明实施例的相关内容可参见本发明第一实施例进行理解，在此不做详细论述。

尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的，因此，本发明的范围应当不限于上述实施例。

Claims (10)

1.一种基于无人机的多模式制导模拟系统，其特征在于，包括：光电吊舱和地面控制站，所述光电吊舱设置在无人机上，且所述光电吊舱内进一步设有可见光电视、红外热像仪、激光光斑跟踪器、主控单元、视频跟踪单元和伺服系统，其中，所述可见光电视、所述红外热像仪和所述激光光斑跟踪器的视轴一致；

通过所述可见光电视、所述红外热像仪以及所述激光光斑跟踪器的光学载荷来采集目标的状态信息，并将采集到的目标的状态信息发送给所述主控单元，并由所述主控单元将目标的状态信息发送给所述地面控制站；

所述视频跟踪单元，用于根据目标在视场中心的脱靶量计算伺服调整量，并将所述伺服调整量发送给所述伺服系统，以通过所述伺服系统来对所述光电吊舱进行调整，使得目标始终控制在视场中心；

所述地面控制站，用于根据所述可见光电视、所述红外热像仪和所述激光光斑跟踪器发送来的目标的状态信息，结合无人机的飞行数据，实现当前光学载荷所模拟的导引头的制导功能，并通过所述视频跟踪单元对整个模拟过程进行目标捕获、跟踪及制导的模拟，进而实现模拟空对地制导武器相对目标的空中机动过程。

2.根据权利要求1所述的多模式制导模拟系统，其特征在于，通过所述可见光电视、所述红外热像仪以及所述激光光斑跟踪器的光学载荷来采集目标的状态信息，包括：

通过所述可见光电视、所述红外热像仪采集目标的视频信息，并通过所述激光光斑跟踪器采集目标的激光光斑的脱靶量。

3.根据权利要求2所述的多模式制导模拟系统，其特征在于，

所述地面控制站还用于，根据所述可见光电视、所述红外热像仪采集的目标的视频信息确定目标的位置和状态，并根据所述目标的位置和状态对所述可见光电视、所述红外热像仪和所述激光光斑跟踪器进行控制。

4.根据权利要求2所述的多模式制导模拟系统，其特征在于，所述光电吊舱内还包括：图像存储单元；

所述图像存储单元，用于对所述可见光电视、所述红外热像仪采集到的视频信息进行存储。

5.根据权利要求1所述的多模式制导模拟系统，其特征在于，所述方法还包括：

所述视频跟踪单元还用于，将所述可见光电视和所述红外热像仪采集到的视频信息与预存的图像信息进行匹配，如果匹配成功，则触发实现当前光学载荷所模拟的导引头的制导功能。

6.根据权利要求5所述的多模式制导模拟系统，其特征在于，

所述地面控制站还用于，根据所述视频信息中目标大小、作用距离、使用环境要求，确定满足测试及训练要求的可见光电视或红外热像仪传感器分辨率和焦距大小，并确定采用连续变焦或定焦镜头，同时确定制冷型红外或非制冷型红外热像仪，以及确定激光光斑跟踪器的捕获距离、工作波段和激光编码类型。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的多模式制导模拟系统，其特征在于，

所述光电吊舱包括多种型号，且每一种型号的光电吊舱具有不同的体积和重量，即每一种类型的光电吊舱内均根据测试及训练要求而配置有对应的光学载荷，以使得能够根据无人机负载能力、所承载的重量、尺寸要求以及使用环境来选择满足对应型号的光电吊舱。

8.根据权利要求1-6中任意一项所述的多模式制导模拟系统，其特征在于，所述光电吊舱还包括稳定平台；

所述可见光电视、所述红外热像仪、所述激光光斑跟踪器、所述主控单元、所述视频跟踪单元和所述伺服系统均设置在所述稳定平台上，以通过所述稳定平台对所述可见光电视、所述红外热像仪和所述激光光斑跟踪器进行方位和俯仰的稳定控制。

9.根据权利要求8所述的多模式制导模拟系统，其特征在于，所述光电吊舱还包括减振机构；

通过所述减振机构将所述稳定平台与无人机进行连接。

10.一种基于权利要求1-9中任意一项所述的无人机的多模式制导模拟系统进行制导模拟的方法，其特征在于，包括：

在使用可见光电视和红外成像制导模拟时，将所述可见光电视和所述红外热像仪采集到的目标的状态信息实时通过主控单元传输到地面控制站，所述地面控制站根据对所述状态信息的处理确定目标信息及无人机的飞行状态，在确定搜索到目标后，触发视频跟踪单元对目标进行自动闭环跟踪，确保所述可见光电视和所述红外模拟导引头始终将目标控制在视场中心，并根据所述地面控制站的触发进行可见光电视和红外成像制导模拟；

在使用半主动激光制导模拟时，根据光电吊舱的伺服系统反馈的目标状态中的方位角、俯仰角，激光光斑跟踪器反馈的激光光斑中心脱靶量以及无人机飞行状态信息，判断无人机飞行姿态，触发所述视频跟踪单元对激光光斑中心的自动闭环跟踪，确保半主动激光模拟导引头始终将激光光斑中心控制在预设角度偏差范围内，同时，所述地面控制站控制无人机飞向目标，以模拟空对地制导武器相对目标的空中机动过程，实现对所述目标的捕获、跟踪及制导的模拟。

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