CN213581338U - 一种雷达引导光电的目标探测系统 - Google Patents

Abstract

一种雷达引导光电的目标探测系统，属于探测雷达和光电跟踪技术领域。所述雷达引导光电的目标探测系统，包括雷达探测系统、光学探测系统和监测控制中心，雷达探测系统包括相控阵雷达和数据传输模块一，光学探测系统包括二轴精密转台、微控制器、可变焦光学摄像机和数据传输模块二，监测控制中心包括计算机和数据传输模块三，数据传输模块一分别与微控制器和计算机连接，微控制器通过二轴精密转台与可变焦光学摄像机连接，数据传输模块二与计算机连接，数据传输模块三安装于计算机，并且所述数据传输模块三与微控制器连接。所述雷达引导光电的目标探测系统结构简单、易于安装，能够实现对探测范围内的目标进行全面跟踪。

Description

一种雷达引导光电的目标探测系统

技术领域

本实用新型涉及探测雷达和光电跟踪技术领域，特别涉及一种雷达引导光电的目标探测系统。

背景技术

雷达的出现，是由于一战期间英国和德国交战时，英国急需一种能探测空中金属物体的雷达(技术)能在反空袭战中帮助搜寻德国飞机。二战期间，雷达就已经出现了地对空、空对地(搜索)轰炸、空对空(截击)火控、敌我识别功能的雷达技术。二战以后，雷达发展了单脉冲角度跟踪、脉冲多普勒信号处理、合成孔径和脉冲压缩的高分辨率、结合敌我识别的组合系统、结合计算机的自动火控系统、地形回避和地形跟随、无源或有源的相位阵列、频率捷变、多目标探测与跟踪等新的雷达体制。

随着微电子等各个领域科学进步，雷达技术不断发展。飞行器目标探测手段已经由单一的雷达探测发展到了利用多种探测技术的融合方法，如，红外、紫外、激光以及其他光学探测技术与雷达的融合。

随着小型飞行器的在各领域应用的不断发展，飞行活动日益增加，由此带来的航空飞行、空域安保和防护等问题，给空域管理和监管带来了诸多挑战。越来越多的无人机在空中飞行，一系列的安全隐患也随之而生，因此，需要对范围内的目标进行搜索和跟踪，为保障空域飞行安全等提供技术保障。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的技术问题，本实用新型提供了一种雷达引导光电的目标探测系统，其结构简单、易于安装，能够实现对探测范围内的目标进行全面跟踪。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种雷达引导光电的目标探测系统，包括雷达探测系统、光学探测系统和监测控制中心；所述雷达探测系统包括相控阵雷达和数据传输模块一；所述光学探测系统包括二轴精密转台、微控制器、可变焦光学摄像机和数据传输模块二；所述监测控制中心包括计算机和数据传输模块三；

所述数据传输模块一分别与微控制器和计算机连接，所述相控阵雷达探测到目标的位置信息通过数据传输模块一分别发送到微控制器和计算机；

所述微控制器通过二轴精密转台与可变焦光学摄像机连接；所述数据传输模块二与计算机连接，所述光学探测系统将其拍摄的目标图像发送到计算机；

所述数据传输模块三安装于计算机，并且所述数据传输模块三与微控制器连接。

进一步的，所述相控阵雷达包括四个天线阵面，每个天线阵面上均设置有若干个阵列排布的雷达子模块，并且，每个天线阵面均通过结构件支架固设于底板固定件。

进一步的，所述二轴精密转台包括底部转台和上部转台，所述底部转台内部设置有依次连接的电机驱动器一和伺服电机一，所述伺服电机一的电机轴与上部转台连接，所述上部转台设置有依次连接的电机驱动器二和伺服电机二，所述伺服电机二的电机轴与可变焦光学摄像机连接，所述电机驱动器一和电机驱动器二均与微控制器连接。

进一步的，所述可变焦光学摄像机包括光学镜头和可变焦的光学摄像头，所述可变焦的光学摄像头与微控制器连接。

优选的，所述数据传输模块一、数据传输模块二和数据传输模块三均采用RS-485通信接口。

本实用新型的有益效果：

1)本实用新型为一种针对空中目标入侵的跟踪拍摄系统，其设备小型化、智能化，易于安装；

2)本实用新型采用雷达探测和光学探测结合，光学图像符合人体感官，操作人员易于对目标做出判断；

3)本实用新型的雷达采用四面相控阵雷达，能够快速地进行全方位扫描，获取目标的方位和距离，具有波束指向灵活、容量大、抗干扰能力强等优点。

本实用新型的其他特征和优点将在下面的具体实施方式中部分予以详细说明。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种雷达引导光电的目标探测系统的示意图；

图2是本实用新型实施例提供的雷达探测系统的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的光学探测系统的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种雷达引导光电的目标探测系统的空间参数解算算法的原理图。

说明书附图中的附图标记包括：

1-底板固定件，2-安装孔，3-雷达子模块，4-天线阵面，5-结构件支架，6-固定安装孔，7-固定件，8-底部转台，9-上部转台，10-光学镜头，11-可变焦的光学摄像头，12-雷达探测系统，13-光学探测系统，14-监测控制中心。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。

为了解决现有技术存在的问题，如图1至图4所示，本实用新型提供了一种雷达引导光电的目标探测系统，包括雷达探测系统12、光学探测系统13和监测控制中心14；雷达探测系统12包括相控阵雷达和数据传输模块一；光学探测系统13包括二轴精密转台、微控制器、可变焦光学摄像机和数据传输模块二；监测控制中心14包括计算机和数据传输模块三；

数据传输模块一分别与微控制器和计算机连接，相控阵雷达探测到目标的位置信息通过数据传输模块一分别发送到微控制器和计算机；

微控制器通过二轴精密转台与可变焦光学摄像机连接；数据传输模块二与计算机连接，光学探测系统13将其拍摄的目标图像发送到计算机；

数据传输模块三安装于计算机，并且数据传输模块三与微控制器连接。

如图1所示，本实用新型工作时由雷达探测系统12、光学探测系统13和监测控制中心14三部分协同，共同完成目标探测任务，其中，雷达探测系统12和光学探测系统13安装在相近的位置，比如相距10米，在进行目标探测时，首先，由雷达探测系统12进行目标扫描搜索，当雷达搜索到目标后，通过RS-485通信接口向光学探测系统13和监测控制中心14发送目标参数数据，其中，发送到光学探测系统13的数据主要包括相控阵雷达与目标的距离、目标相对于相控阵雷达的方位角以及雷达坐标下目标的俯仰角；发送到监测控制中心14的数据则包含雷达探测系统12探测的所有数据，具体包括：相控阵雷达与目标的距离、目标相对于相控阵雷达的方位角、雷达坐标下目标的俯仰角以及目标的回波数据；其次，光学探测系统13接收到数据后，先由内部嵌入的微控制器进行空间参数解算，得到可变焦光学摄像机应该指向的角度、可变焦光学摄像机与目标之间的距离、精密二轴转台转动的目标角度，然后再由电机控制算法控制控制伺服电机一和伺服电机二使其达到目标角度，使可变焦光学摄像机对准目标位置，实现实时跟踪目标，然后，可变焦光学摄像机再根据其与目标之间的距离进行变焦，得到清晰的目标跟踪图像，光学探测系统13将跟踪到的目标图像通过RS-485通信接口发送到监测控制中心14，监测控制中心14对其进行显示。优选的，数据传输模块一、数据传输模块二和数据传输模块三均采用RS-485通信接口。

如图2所示，相控阵雷达包括四个天线阵面4，每个天线阵面4上均设置有若干个阵列排布的雷达子模块3，并且，每个天线阵面4均通过结构件支架5固设于底板固定件1，底板固定件1上有安装孔2，能够通过螺栓等将其固定在需要的地方，四个天线阵面4沿着底板固定件1的周向均匀设置，四个天线阵面4环绕一圈构成整体，每个天线阵面4上都有若干个雷达子模块3，无需移动位置即可探测各个角度的目标，即通过相位偏移对空间各个方向的目标进行探测搜索，不需要位置移动就可以高效完成目标搜寻任务。相控阵雷达上装有数据传输模块一，相控阵雷达搜寻到目标后，通过数据传输模块一将目标距离和方位角数据发送到光学探测系统13和监测控制中心14，监测控制中心14同时接收和显示雷达回波图像。本实施中，数据传输模块一安装在底板固定件1上。

如图3所示，进一步的，二轴精密转台包括底部转台8和上部转台9，底部转台8内部设置有依次连接的电机驱动器一和伺服电机一，伺服电机一的电机轴与上部转台9连接，上部转台9设置有依次连接的电机驱动器二和伺服电机二，伺服电机二的电机轴与可变焦光学摄像机连接，电机驱动器一和电机驱动器二均与微控制器连接。可变焦光学摄像机包括光学镜头10和可变焦的光学摄像头11，可变焦的光学摄像头11与微控制器连接。精密二轴转台的底部转台8固设在固定件7上，固定件7上排布有固定安装孔6，用于将光学探测系统13固设在设定位置，底部转台8内部中心为伺服电机一，同时嵌入有微控制器和RS-485通信接口，微控制器通过RS-485通信接口控制电机驱动器一进而控制伺服电机一转动，伺服电机一带动上部转台9转动，上部转台9带动可变焦光学摄像机转动，实现可变焦光学摄像机在圆周方向的转动；精密二轴转台的上部转台9的下方与伺服电机一的电机轴相连，上部转台9上放有横置的伺服电机二，微控制器通过控制电机驱动器二进而控制伺服电机二转动，实现可变焦光学摄像机的俯仰运动，实现光学探测系统13根据雷达探测系统12获取到的方位和距离对目标进行光学跟踪；光学镜头10和可变焦的光学摄像头11共同构成可变焦光学摄像机，其中，可变焦的光学摄像头11的变焦控制接口与微控制器连接，变焦控制接接口为RS-485通信接口，控制协议采用PELCO-D协议(行业标准)，可变焦光学摄像机的光学镜头10根据微处理器空间参数解算得到的可变焦光学摄像机到目标的距离进行变焦，最终拍摄出清晰的目标图像。本实施例中，微控制器和数据传输模块二均安装于底部转台8内部，数据传输模块三安装在计算机内。

本实用新型中，计算机内设置有雷达数据处理显示模块和光学数据处理显示模块，具体的，雷达数据处理显示模块将雷达回波实时显示，当雷达探测到目标后，就可以从目标回波中提取出目标的距离和方位，当目标的尺寸小于雷达的分辨单元时，可将目标视为“点”目标，若雷达的测量在一维或多维上有足够的分辨力时，就可得到目标的尺寸和形状信息；光学数据处理显示模块将图像数据以帧的形式实时的在屏幕上进行绘制以形成直观的动态影像。监测控制中心14可同时显示雷达探测图像和光学探测图像，全面跟踪探测范围内的各种目标，能够有效发现空域内不明非合作无人机等。

如图4所示，本实用新型中微控制器进行空间参数解算算法如下：

雷达探测系统12和光学探测系统13安装完成后，首先采用诺瓦泰OEM617卫星导航高精度定位定向板卡对雷达探测系统12和光学探测系统13的位置进行标定，可获取两点的经、纬度坐标；OEM617卫星导航高精度定位定向板卡的测向功能要求主辅天线的基线长度不小于2米，本实施例中选择4米的基线长度，对两台设备进行正北标定，使其正北为0度角；设置两台设备安装高度相同，俯仰参数不需要额外修正；通过两点的经、纬度坐标计算得雷达探测系统12与光学探测系统13之间的距离r₀，以及雷达探测系统12与光学探测系统13之间的距离r₀所在的直线与雷达探测系统12正北向的夹角α，上述参数为雷达探测系统12坐标到光学探测系统13坐标转换所用固定参数；

在计算机上，输入雷达探测系统12与光学探测系统13之间的距离r₀，雷达探测系统12与光学探测系统13之间的距离r₀所在的直线与雷达正北向的夹角α，计算机将固定参数经RS-485通信接口发送给微控制器，微控制器通过该固定参数，以及雷达探测系统12探测的目标的位置信息(雷达探测系统12到目标的距离d、雷达探测系统12坐标下目标的方位角θ₀、雷达探测系统12坐标下目标的俯仰角γ₀)，将目标在雷达探测系统12下的坐标转换为目标在光学探测系统13下的坐标；

目标在雷达探测系统12下的坐标转换为目标在光学探测系统13下的坐标的坐标转换方法，由余弦定理表达式可得光学探测系统13到目标的距离d₁和光学探测系统13坐标下的方位角θ₁。

其中，d₁为光学探测系统13到目标的距离，r₀为雷达探测系统12与光学探测系统13之间的距离，d为雷达探测系统12到目标的距离，α为雷达探测系统12与光学探测系统13之间的距离所在的直线与雷达探测系统12正北向的夹角，θ₀为雷达探测系统12坐标下目标的方位角，θ₁为光学探测系统13坐标下的方位角。

俯仰的转换方法，由三角函数公式可计算出目标的高度h，继而计算出光学探测系统13坐标下目标的俯仰角γ₁。

h＝d·sin(γ₀)

其中d为雷达探测系统12到目标的距离，γ₀为雷达探测系统12坐标下目标的俯仰角，d₁为光学探测系统13到目标的距离，γ₁为光学探测系统13坐标下目标的俯仰角。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种雷达引导光电的目标探测系统，其特征在于，包括雷达探测系统、光学探测系统和监测控制中心；所述雷达探测系统包括相控阵雷达和数据传输模块一；所述光学探测系统包括二轴精密转台、微控制器、可变焦光学摄像机和数据传输模块二；所述监测控制中心包括计算机和数据传输模块三；

所述数据传输模块一分别与微控制器和计算机连接，所述相控阵雷达探测到目标的位置信息通过数据传输模块一分别发送到微控制器和计算机；

所述微控制器通过二轴精密转台与可变焦光学摄像机连接；所述数据传输模块二与计算机连接，所述光学探测系统将其拍摄的目标图像发送到计算机；

所述数据传输模块三安装于计算机，并且所述数据传输模块三与微控制器连接。

2.根据权利要求1所述的雷达引导光电的目标探测系统，其特征在于，所述相控阵雷达包括四个天线阵面，每个天线阵面上均设置有若干个阵列排布的雷达子模块，并且，每个天线阵面均通过结构件支架固设于底板固定件。

3.根据权利要求1所述的雷达引导光电的目标探测系统，其特征在于，所述二轴精密转台包括底部转台和上部转台，所述底部转台内部设置有依次连接的电机驱动器一和伺服电机一，所述伺服电机一的电机轴与上部转台连接，所述上部转台设置有依次连接的电机驱动器二和伺服电机二，所述伺服电机二的电机轴与可变焦光学摄像机连接，所述电机驱动器一和电机驱动器二均与微控制器连接。

4.根据权利要求3所述的雷达引导光电的目标探测系统，其特征在于，所述可变焦光学摄像机包括光学镜头和可变焦的光学摄像头，所述可变焦的光学摄像头与微控制器连接。

5.根据权利要求1所述的雷达引导光电的目标探测系统，其特征在于，所述数据传输模块一、数据传输模块二和数据传输模块三均采用RS-485通信接口。

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