CN202133772U - 一种快速恢复布雷区域的道路通行系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种快速恢复布雷区域的道路通行系统，包括一线车辆、无人飞机、信息处理模块、数据链和地面遥控站，在无人飞机上搭载有合成孔径雷达，合成孔径雷达发送脉冲电磁波，电磁波在空气和土壤中传播，并产生回波，对地雷区域存在的地雷回波进行校正后，产生图像；雷达图像经信息处理模块处理后，通过数据链将信息传回地面遥控站；地面遥控站收到信息后，进行道路通行路线选择，并把命令传达给一线车辆，规避地雷区域。该系统通过无人飞机进行地雷预警，显示地雷坐标和车辆可通行区域，指示快速必要清雷，可以保证作战部队的高效机动性和后勤部队的稳定快速运输。

Description

一种快速恢复布雷区域的道路通行系统

技术领域

本实用新型属于快速恢复被布雷地区的交通通行领域，涉及基于超宽带合成孔径雷达的地雷目标提取，最小包络矩形绘制，车辆通行区域。

背景技术

在现代化高技术的战争条件下，战斗爆发的突然性、速决性、持续性概率增大，战场更为广阔，战情发生急剧变化，突击与反突击、机动和反机动的较量非常激烈。因此，不论是高速大纵深的进攻战还是战术战役的后退，指挥人员都需要足够的机动力量，并在恰当的时间和适当的地点使用，这对夺取和保持战场主动性，取得作战胜利具有极其重要的意义。现代化战争中，坦克是地面大规模战争中非常好的进攻性武器，装甲兵是现代化路军战争中的主要突击力量，后勤保障车队是稳定快速高效补养供给的主要来源。战争经验表明，现代战争中陆军如果没有强大的装甲兵团作为主要突击力量，没有稳定的补养，任何大规模的战役（歼灭战、战略决战等）都是不可能取得胜利。

大规模陆军作战兵团的快速机动性，可靠快速的补养，取决于现代化的交通工具以及公路、铁路等交通设施。一方面，需要构建合理的现代化交通网络，提升武器装备；另一方面，在战时需要保障道路的通畅、避免被破坏。如果道路被破坏，则会导致交通不畅、兵团不能执行战术战役命令，或后勤车队无法保证给养供给。而在破坏道路的武器中，地雷是一种价格低廉的武器，是埋入地表下或布设于地面的爆炸性火器。它可以大规模布置，且具有不易发现、难以排出的特点，这对道路具有非常大的破坏性。一旦敌人在我军行进路线上布雷，则会严重影响我军的行进、战术执行和保养供给。

传统的无人飞机系统包括无人飞机、信息处理模块、数据链和地面遥控站等，无人飞机的飞行由地面遥控站实现控制，为此，申请人将无人飞机系统作为载体研究快速恢复布雷道路的通行，具有其实用性和重要的价值性。

发明内容

本实用新型的目在于，提供一种快速恢复布雷区域的道路通行系统，以便快速识别敌人的布雷区域和埋雷位置，并将地雷坐标处理成像后，分析出一条可供车辆通行的区域。

为了实现上述任务，本实用新型采用如下技术方案予以实现：

一种快速恢复布雷区域的道路通行系统，包括一线车辆、无人飞机、信息处理模块、数据链和地面遥控站，其特征在于，在无人飞机上搭载有合成孔径雷达，合成孔径雷达发送脉冲电磁波，电磁波在空气和土壤中传播，并产生回波，对地雷区域存在的地雷回波进行校正后，产生图像；雷达图像经信息处理模块处理后，通过数据链将信息传回地面遥控站；地面遥控站收到信息后，进行道路通行路线选择，并把命令传达给一线车辆，规避地雷区域。

本实用新型的其它特点是：

所述的信息包含雷区的最小包络矩形，取反后得到可通行区域；地雷坐标和可通行区域。

所述的图像是埋设地雷二维高分辨雷达图像。

所述的无人飞机采用GPS导航定位的无人飞机。

本实用新型的快速恢复布雷区域的道路通行系统，通过无人机携带超宽带合成孔径雷达，获取埋设地雷二维高分辨率雷达图像。地雷探测在成像之后便进行检测和鉴别。检测是从雷达图像中找出怀疑目标，对地雷目标检测而言，要求高检测概率。鉴别则对提取的若干怀疑目标进一步分析，剔除检测中的大部分虚警。检测和鉴别后，对地雷坐标进行旋转卡壳算法，获取地雷覆盖的最小矩形，取反之后便得到车辆可以通行的区域。根据可通行区域，指挥员选择行进路线，规避地雷。对进入雷区的车辆，进行警告，进行安全撤离。可以保证作战部队的高效机动性和后勤部队的稳定快速运输，是对现代化战争中，避雷方法的创新。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图。

图２为本实用型专利的合成孔径雷达成像原理。

图３为本实用新型专利的最小包络矩形生成原理。

图4为本实用新型专利的模拟探雷效果图。

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

具体实施方式

参见图1，本实用新型的快速恢复布雷区域的道路通行系统，包括无人飞机、合成孔径雷达（SAR）、信息处理模块、数据链和地面遥控站，地面站台通过GPS导航方式控制无人机的飞行，并在无人飞机上搭载有合成孔径雷达，本实施例中，采用的合成孔径雷达是超宽带的，合成孔径雷达上的天线在一定高度以不同的俯视角和波束角，发送脉冲电磁波，穿透地表获取埋设地雷二维高分辨雷达图像，完成对一个大区域范围的地雷探测；地雷探测成像后，进行CFAR检测，找出雷达图像中的怀疑目标，对提取出的若干怀疑目标，进行进一步鉴别，剔除检测中的虚警；信息处理模块将雷达图像中的地雷坐标按旋转卡壳算法处理后，得到包含雷区的最小包络矩形，矩形之外的地方便是可通行区域；地雷坐标和可通行区域等信息，通过数据链传回地面遥控站；地面遥控站收到信息后，进行道路通行路线选择，并把指挥命令传达给一线车辆，规避地雷。

为了防止通信过程中受到敌军的电子干扰，所有的通行信息都应该进行专门的加密，信息处理模块和地面遥控站采用数据链方式通信。

如果受地形的限制，仍需采用原来的行车路线，可以让信息处理模块计算出最小的扫雷面积，并将面积区域告知扫雷队伍，以便进行快速清雷，保证车辆通行畅通。

如果已有车辆进入雷区，地面遥控站可将地雷位置发送给车辆驾驶员，以便驾驶员避开地雷，驶出雷区。

地雷成像需要考虑电磁波在空气和土壤界面的折射和土壤对电磁波的色散效应，本实施例采用浅地表后向投影算法。

雷达成像采用CFAR检测，识别怀疑目标，采用基于斜距—方位—频率—角度四维空间表示特征，剔除虚警。

参见图２，该雷达工作时按一定的重复频率发、收脉冲，真实天线依次占一虚构线阵天线单元位置。把这些单元天线接收信号的振幅与相对发射信号的相位叠加起来，便合成一个等效合成孔径天线的接收信号。在信号相加之前进行相位校正，使各单元信号同相相加，得到聚焦合成孔径天线信号。地物的反射波由合成线阵天线接收，与发射载波作相干解调，并按不同距离单元记录在照片上，然后用相干光照射照片便聚焦成像。

超宽带SAR成像过程：

SAR图像是反射函数在成像平面的投影。成像平面也称为斜距平面，下面讨论均在斜距平面上进行。                                               

（1）回波模型

设斜距平面目标反射函数为g（r，y，f，θ），其中r，y，f，θ分别表示为斜距、方位、频率和方位角。雷达平台沿方位向均速直线运动，在（0，u）处发射宽度信号p（t），经目标反射后接收的回波s（t，u）为：

其中，c为光速，t为时间，u为孔径位置，

表示对t的卷积，

为Dirac 函数， g _ant ( r,y,f,θ ) 的为收发天线特性函数，它也是频率和方位角的函数。

雷达平台在不同孔径位置对应的目标方位角是：

其中，Φ为天线的波束角。

（2）超宽带ＳＡＲ成像模型

利用固定积累角ＢＰ（constant integration angle BP,CIBP）算法对回波进行成像处理：

其中，w(·)为窗函数，用来控制孔径形状和降低旁瓣。

目标检测过程通常利用的是目标能量信息，如CFAR检测。而在目标鉴别过程中，需要提取目标固有的、精细的和稳定的特性作为特征进行目标鉴别。本实施例采用基于空间—波数（space wavenumber distribution,SWD）的目标特征斜距—方位—频率—角度四维空间表示方法，在保持二维高分辨率的情况下提取目标反射函数的频率和角度特征。

参见图３，根据图像上的点，利用格雷厄姆算法，得到最小凸包；选择凸包上的一边作为起始边，以该边的左端点为中心旋转该边平行于坐标横轴，寻找y方向上的ymin和ymax，寻找x方向上的xmin和xmax，连接（ymax，xmin）、（ymin，xmin）、（ymin，xmax）、（ymax，xmax）四点形成的矩形就是最小绑定矩形，保存其最小绑定矩形（ＭＢＲ）的坐标、该边的编号及选择角度；顺序选择其他边，按照求最小绑定矩形的方法，计录其坐标、该边的编号及选择角度；比较所得到的最小绑定矩形，其中面积最小者按其记录的旋转角度及该边的左端点为圆心逆向旋转即为所求的最小包络矩形。

参加图4，最小包络矩形中的点即为地雷的位置、实线边界内为雷区，实线边界外为车辆可通行区域。

Claims (2)

1.一种快速恢复布雷区域的道路通行系统，包括一线车辆、无人飞机、信息处理模块、数据链和地面遥控站，其特征在于，在无人飞机上搭载有合成孔径雷达，合成孔径雷达发送脉冲电磁波，电磁波在空气和土壤中传播，并产生回波，对地雷区域存在的地雷回波进行校正后，产生图像；雷达图像经信息处理模块处理后，通过数据链将信息传回地面遥控站；地面遥控站收到信息后，进行道路通行路线选择，并把命令传达给一线车辆，规避地雷区域。

2.如权利要求1所述的快速恢复布雷区域的道路通行系统，其特征在于，所述的无人飞机采用GPS导航定位的无人飞机。

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