專利名稱：一種多功能光電偵察儀及其用于觀察確定目標位置的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種多功能光電偵察儀及其用于觀察確定目標位置的方法，具體是一種多傳感器光電偵察定位系 統(tǒng)，屬于光電偵察領域。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代偵察、對抗和評估活動中，信息獲取能力正成為決定對抗勝負的重要因素。及時準確地獲取對抗現(xiàn)場的各種信息，在復雜環(huán)境下完成目標的偵察定位任務，可以為對抗的進攻或防預系統(tǒng)提供目標方位指引，以增強精確打擊能力或防御能力。此外，打擊后的效果評估和偵察也逐漸成為現(xiàn)場信息情報獲取的重要環(huán)節(jié)。因此，各種類型的監(jiān)控、偵察、觀測等信息獲取設備已成為研究和裝備的重點。其中，單人偵察作為整個對抗現(xiàn)場信息系統(tǒng)的重要組成部分，具有靈巧、滲透性好、清晰直觀等特點，起到了非常重要的尖刀作用。為了充分發(fā)揮單人偵察的特點，就必須有相應的多功能偵察設備進行支持，在滿足目標成像偵察等功能的同時又要便于單人攜帶，以方便單人偵察在夜間和復雜電磁環(huán)境下進行目標偵察定位，保證任務的完成。目前，單人偵察主要采用基于非制冷紅外熱像儀和可見光通道的手持式光電偵察設備，對目標進行晝夜成像偵察觀測。同時，可配備額外的激光測距儀，得到目標的距離信息。利用這些光電傳感設備可以一定程度上實現(xiàn)單人偵察的任務，但是仍然缺乏目標的坐標信息，無法對其進行精確定位。若再攜帶測角儀和GPS定位設備，過于繁雜的裝備會嚴重影響單人偵察的機動性和隱蔽性。而且多個設備難以協(xié)同工作，所獲取情報的實時性和準確性無法保證，很難提供及時、準確、全面的目標信息。上述問題很大程度上制約了單人偵察的應用。為了解決這些問題，需要配備集偵察、瞄準、定位等功能于一體的晝夜觀測偵察設備，但目前尚缺乏這種設備。這更突顯了配置單人多功能光電偵察設備的重要性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種多功能光電偵察儀，包括制冷型紅外傳感器、激光測距儀、可見光通道、GPS模塊等，集偵察、貓準、定位等功能于一體，便攜性和靈活性好，紅外光學系統(tǒng)采用二次折轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)式兩檔變倍系統(tǒng)，從而在實現(xiàn)快速變焦的同時，結(jié)構(gòu)尺寸也更加緊湊，能晝夜觀測偵察，特別適用于單人目標偵察探測和信息搜集，解決單人偵察信息獲取能力不足問題，能對目標進行偵察定位，實時準確地提供目標的圖像、方位、距離和位置信息。本發(fā)明的一種多功能光電偵察儀技術(shù)方案是它包括一個位于整機前端用于攝錄紅外圖像目標的制冷型紅外傳感器，一個用于測量目標距離的激光測距儀，一個用于可見光觀察的可見光通道，一個用于探測觀測點位置坐標的GPS模塊，一個用于探測目標的水平角度和俯仰角度的磁羅盤；還有一個綜合信息處理單元，用于算出目標的位置信息，對圖像信號進行視頻編碼和增強處理，將紅外圖像和信息數(shù)據(jù)合成顯示，并對各部件進行控制；還有一個輸入端與電池連接而輸出端分別與需供電的部件連接的電源模塊，一個用于顯示圖像的顯示模塊以及用于控制操作的控制面板；所述綜合信息處理單元分別與制冷型紅外傳感器、激光測距儀、GPS模塊、磁羅盤、以及顯示模塊和控制面板連接；激光測距儀上連接有可見光通道。進一步的技術(shù)方案是
所述的多功能光電偵察儀，其制冷型紅外傳感器包括一個紅外探測器，一個用于將紅外輻射會聚于紅外探測器的靶面上的紅外光學系統(tǒng)，紅外探測器將紅外輻射信號轉(zhuǎn)換為模擬電信號；一個紅外成像電路組件；所述紅外光學系統(tǒng)位于紅外探測器靶面的前方，該紅外探測器與紅外成像電路組件連接。所述的多功能光電偵察儀，其激光測距儀包括一個激光發(fā)射模塊，一個激光接收模塊，一個發(fā)射光學通道，一個接收光學通道；所述激光發(fā)射模塊輸入端與綜合信息處理單元連接，輸出端與發(fā)射光學通道連接；激光接收模塊輸入端與接收光學通道連接，輸出端與 綜合信息處理單元連接。所述的多功能光電偵察儀，其可見光通道位于接收光學通道之后，且兩者共光路；GPS模塊與綜合信息處理單元連接；磁羅盤與綜合信息處理單元連接。所述的多功能光電偵察儀，其顯示模塊與綜合信息處理單元連接；控制面板與綜合信息處理單元連接。所述的多功能光電偵察儀，其綜合信息處理單元包括數(shù)字信號處理器內(nèi)核、PPIO并行接口、PPIl并行接口、SPI串行外設接口、RS232串行接口、通信IO接口、視頻編碼器、RS422串行擴展接口、紅外接口、激光接口、GPS接口、磁羅盤接口、外部控制命令接口、SDRAM內(nèi)存、閃存、電源接口 ；所述的數(shù)字信號處理器內(nèi)核分別與PPIO并行接口、PPIl并行接口、SPI串行外設接口、RS232串行接口、通信IO接口、SDRAM內(nèi)存和閃存連接。所述的多功能光電偵察儀，其SPI串行外設接口分別與數(shù)字信號處理器內(nèi)核及RS422串行擴展接口連接；RS232串行接口分別與數(shù)字信號處理器內(nèi)核和RS422串行擴展接口連接；視頻編碼器輸入端與PPIO并行接口連接，輸出端與顯示模塊連接；RS422串行擴展接口與SPI串行外設接口、RS232串行接口、紅外接口、激光接口、GPS接口、磁羅盤接口和外部控制命令接口連接。一種使用本發(fā)明上述的多功能光電偵察儀通過可見光通道觀察目標和確定目標方位的方法技術(shù)方案，包括下述步驟
al、開機通過控制面板開啟電源模塊，對各個部件進行供電； bl、觀察目標通過可見光通道觀察目標；
Cl、對準目標發(fā)現(xiàn)目標后，將可見光通道的瞄準十字絲對準目標；dl、信息接收發(fā)送和處理對準目標后，通過控制面板發(fā)送激光測距命令；綜合信息處理單元接收到命令后，控制激光發(fā)射模塊發(fā)射人眼安全激光束；激光束通過發(fā)射光學通道，射向目標；擊中目標后，反射返回至接收光學通道，該接收光學通道將反射后的激光束會聚于激光接收模塊，該激光接收模塊對接收到的激光束進行光電轉(zhuǎn)換和信號處理，并將處理后的電信號發(fā)送到綜合信息處理單元當中；
el、顯示距離信息綜合信息處理單元接收激光測距儀發(fā)送的電信號，并對其進行計算，解算出目標的距離信息，然后將距離信息發(fā)送到顯示模塊進行顯示；
H、得出目標的坐標信息保持對準目標的狀態(tài)，通過控制面板發(fā)送獲取目標位置坐標命令；綜合信息處理單元接收到命令后，控制磁羅盤獲取目標的水平角度和俯仰角度，并獲取GPS模塊發(fā)送的自身坐標信息；綜合目標距離信息、自身坐標信息以及目標的水平角度和俯仰角度，綜合信息處理單元完成數(shù)學解算過程，計算出目標的坐標信息；gl、顯示目標信息目標的坐標信息發(fā)送到顯示模塊當中進行顯示。一種使用本發(fā)明上述的多功能光電偵察儀通過制冷型紅外傳感器觀察目標和確定目標方位的方法技術(shù)方案，包括下述步驟
a2、開機通過控制面板開啟電源模塊，對各個部件進行供電；b2、獲取和顯示紅外圖像綜合信息處理單元接收到通過控制面板發(fā)送的紅外成像命令后，控制紅外成像組件發(fā)送紅外圖像信號；綜合信息處理單元對紅外圖像信號進行視頻編碼，獲得顯示所需要的視頻信號，然后將視頻信號發(fā)送到顯示模塊，由顯示模塊將紅外圖像視頻進行顯示，以供操作人員觀察；
c2、處理紅外視頻圖像，觀察和對準目標通過控制面板發(fā)送調(diào)焦、變焦、非均勻校正、圖像增強命令至綜合信息處理單元；綜合信息處理單元完成圖像增強功能，并控制紅外光 學系統(tǒng)完成調(diào)焦和變焦動作，控制紅外成像組件完成非均勻校正功能；通過調(diào)焦、變焦、非均勻校正和圖像增強獲取清晰的紅外視頻圖像，并觀察目標；然后將顯示模塊中的瞄準十字絲對準目標；
d2、信息接收、發(fā)送和處理對準目標后，通過控制面板發(fā)送激光測距命令；綜合信息處理單元接收到命令后，控制激光發(fā)射模塊發(fā)射人眼安全激光束；激光束通過發(fā)射光學通道，射向目標；擊中目標后，反射返回至接收光學通道，該接收光學通道將反射后的激光束會聚于激光接收模塊，該激光接收模塊對接收到的激光束進行光電轉(zhuǎn)換和信號處理，并將處理后的電信號發(fā)送到綜合信息處理單元當中；
e2、顯示帶有目標距離信息的紅外視頻圖像通過激光測距儀獲得目標距離信息，綜合信息處理單元接收激光測距儀發(fā)送的電信號，并對其進行計算，解算出目標的距離信息，然后將目標距離信息和紅外視頻合成，發(fā)送到顯示模塊進行顯示帶有目標距離信息的紅外視頻圖像；
f2、得出目標的坐標信息保持對準目標的狀態(tài)，通過控制面板發(fā)送獲取目標位置坐標命令；綜合信息處理單元接收到命令后，控制磁羅盤獲取目標的水平角度和俯仰角度，并獲取GPS模塊發(fā)送的自身坐標信息；綜合目標距離信息、自身坐標信息以及目標的水平角度和俯仰角度，綜合信息處理單元完成數(shù)學解算過程，計算出目標的坐標信息；
g2、顯示帶有目標距離信息、自身坐標信息和目標坐標信息的紅外視頻圖像綜合信息處理單元將目標距離信息、自身坐標信息和目標坐標信息與紅外視頻圖像合成，發(fā)送到顯示模塊當中進行顯示。一種應用于本發(fā)明上述的多功能光電偵察儀的自動解算地面目標位置坐標的方法，其特征在于，包括下述步驟
第一步通過激光測距儀測得目標和觀測點之間的直線距離直線一在水平面上的投影為直線二；
第二步通過GPS模塊獲得觀測點所處位置的大地絕對坐標值，包含觀測點的緯度值
^和經(jīng)度值Pa ;
第三步通過磁羅盤獲得目標的方位角，即直線二與正北方向線之間的夾角C，目標的俯仰角，即直線一與直線二的夾角O。第四步目標的絕對坐標值按下述(I)、(2)和(3)式確定
權(quán)利要求
1.一種多功能光電偵察儀，其特征在于，包括一個位于整機前端用于攝錄紅外圖像目標(OOl)的制冷型紅外傳感器(101)，一個用于測量目標距離的激光測距儀(102)，一個用于可見光觀察的可見光通道(103)，一個用于探測觀測點位置坐標的GPS模塊(104)，一個用于探測目標的水平角度和俯仰角度的磁羅盤(105);還有一個綜合信息處理單元(106)，用于算出目標的位置信息，對圖像信號進行視頻編碼和增強處理，將紅外圖像和信息數(shù)據(jù)合成顯示，并對各部件進行控制；還有一個輸入端與電池(110)連接而輸出端分別與需供電的部件連接的電源模塊(107)，一個用于顯示圖像的顯示模塊(108)以及用于控制操作的控制面板(109);所述綜合信息處理單元(106)分別與制冷型紅外傳感器(101)、激光測距儀(102)、GPS模塊(104)、磁羅盤(105)、以及顯示模塊(108)和控制面板(109)連接；激光測距儀(102)上連接有可見光通道(103)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多功能光電偵察儀，其特征在于，所述的制冷型紅外傳感器(101)包括一個紅外探測器(101. 2)，一個用于將紅外輻射會聚于紅外探測器(101. 2)的靶面上的紅外光學系統(tǒng)(101. 1)，紅外探測器(101. 2)將紅外輻射信號轉(zhuǎn)換為模擬電信號；一個紅外成像電路組件(101. 3);所述紅外光學系統(tǒng)(101. I)位于紅外探測器(101. 2)靶面的前方，該紅外探測器(101. 2)與紅外成像電路組件(101. 3)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多功能光電偵察儀，其特征在于，所述的激光測距儀(102)包括一個激光發(fā)射模塊(102. I)，一個激光接收模塊(102. 2)，一個發(fā)射光學通道(102. 3)，一個接收光學通道(102. 4);所述激光發(fā)射模塊(102. I)輸入端與綜合信息處理單元(106)連接，輸出端與發(fā)射光學通道(102. 3)連接；激光接收模塊(102. 2)輸入端與接收光學通道(102. 4)連接，輸出端與綜合信息處理單元(106)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或3所述的多功能光電偵察儀，其特征在于，可見光通道(103)位于接收光學通道(102. 4)之后，且兩者共光路；GPS模塊(104)與綜合信息處理單元(106)連接；磁羅盤(105)與綜合信息處理單元(106)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多功能光電偵察儀，其特征在于，所述的顯示模塊(108)與綜合信息處理單元(106)連接；控制面板(109)與綜合信息處理單元(106)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或5所述的多功能光電偵察儀，其特征在于，所述的綜合信息處理單元(106)包括數(shù)字信號處理器內(nèi)核(106. I)、PPIO并行接口(106. 2)、PPIl并行接口(106. 3)、SPI 串行外設接口(106. 4)、RS232 串行接口(106. 5)、通信 IO 接口(106. 6)、視頻編碼器(106. 7)、RS422 串行擴展接口(106. 8)、紅外接口(106. 9)、激光接口(106. 10)、GPS接口(106. 11)、磁羅盤接口(106. 12)、外部控制命令接口(106. 13)、SDRAM 內(nèi)存(106. 14)、閃存(106. 15)、電源接口(106. 16);所述的數(shù)字信號處理器內(nèi)核(106. I)分別與PPIO并行接口(106. 2)、PPIl 并行接口(106. 3)、SPI 串行外設接口(106. 4)、RS232 串行接口(106. 5)、通信 IO 接口(106. 6)、SDRAM 內(nèi)存(106. 14)和閃存(106. 15)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多功能光電偵察儀，其特征在于，所述的SPI串行外設接口(106. 4)分別與數(shù)字信號處理器內(nèi)核(106. I)及RS422串行擴展接口( 106. 8)連接；RS232串行接口(106. 5)分別與數(shù)字信號處理器內(nèi)核(106. I)和RS422串行擴展接口(106. 8)連接；視頻編碼器(106. 7)輸入端與PPIO并行接口(106. 2)連接，輸出端與顯示模塊(108)連接；RS422串行擴展接口 (106. 8)與SPI串行外設接口 (106. 4)、RS232串行接口 (106. 5)、紅外接口(106. 9)、激光接口(106. 10)、GPS接口(106. 11 )、磁羅盤接口( 106. 12)和外部控制命令接口(106. 13)連接。
8.一種使用上述任一權(quán)利要求所述多功能光電偵察儀通過可見光通道觀察目標和確定目標方位的方法，其特征在于，包括下述步驟 al、開機通過控制面板(109)開啟電源模塊(107)，對各個部件進行供電； bl、觀察目標通過可見光通道(103)觀察目標(001)； Cl、對準目標發(fā)現(xiàn)目標(001)后，將可見光通道(103)的瞄準十字絲對準目標(001)；dl、信息接收發(fā)送和處理對準目標(001)后，通過控制面板(109)發(fā)送激光測距命令；綜合信息處理單元(106)接收到命令后，控制激光發(fā)射模塊(102. I)發(fā)射人眼安全激光束；激光束通過發(fā)射光學通道(102. 3)，射向目標(001);擊中目標(001)后，反射返回至接收光學通道(102. 4)，該接收光學通道(102. 4)將反射后的激光束會聚于激光接收模塊(102. 2)，該激光接收模塊(102. 2)對接收到的激光束進行光電轉(zhuǎn)換和信號處理，并將處理后的電信號發(fā)送到綜合信息處理單元(106)當中； el、顯示距離信息綜合信息處理單元(106)接收激光測距儀(102)發(fā)送的電信號，并對其進行計算，解算出目標的距離信息，然后將距離信息發(fā)送到顯示模塊(108)進行顯示； H、得出目標的坐標信息保持對準目標(001)的狀態(tài)，通過控制面板(109)發(fā)送獲取目標位置坐標命令；綜合信息處理單元(106)接收到命令后，控制磁羅盤(105)獲取目標的水平角度和俯仰角度，并獲取GPS模塊(104)發(fā)送的自身坐標信息；綜合目標距離信息、自身坐標信息以及目標的水平角度和俯仰角度，綜合信息處理單元(106)完成數(shù)學解算過程，計算出目標的坐標信息； gl、顯示目標信息目標的坐標信息發(fā)送到顯示模塊(108)當中進行顯示。
9.一種使用上述任一權(quán)利要求所述多功能光電偵察儀通過制冷型紅外傳感器觀察目標和確定目標方位的方法，其特征在于，包括下述步驟 a2、開機通過控制面板(109)開啟電源模塊(107)，對各個部件進行供電；b2、獲取和顯示紅外圖像綜合信息處理單元(106)接收到通過控制面板(109)發(fā)送的紅外成像命令后，控制紅外成像組件(101. 3)發(fā)送紅外圖像信號；綜合信息處理單元(106)對紅外圖像信號進行視頻編碼，獲得顯示所需要的視頻信號，然后將視頻信號發(fā)送到顯示模塊(108)，由顯示模塊(108)將紅外圖像視頻進行顯示，以供操作人員觀察； c2、處理紅外視頻圖像，觀察和對準目標通過控制面板(109)發(fā)送調(diào)焦、變焦、非均勻校正、圖像增強命令至綜合信息處理單元(106);綜合信息處理單元(106)完成圖像增強功能，并控制紅外光學系統(tǒng)(101. I)完成調(diào)焦和變焦動作，控制紅外成像組件(101. 3)完成非均勻校正功能；通過調(diào)焦、變焦、非均勻校正和圖像增強獲取清晰的紅外視頻圖像，并觀察目標(001);然后將顯示模塊(108)中的瞄準十字絲對準目標(001)； d2、信息接收、發(fā)送和處理對準目標(001)后，通過控制面板(109)發(fā)送激光測距命令；綜合信息處理單元(106)接收到命令后，控制激光發(fā)射模塊(102. I)發(fā)射人眼安全激光束；激光束通過發(fā)射光學通道(102. 3)，射向目標(001);擊中目標(001)后，反射返回至接收光學通道(102. 4)，該接收光學通道(102. 4)將反射后的激光束會聚于激光接收模塊(102. 2)，該激光接收模塊(102. 2)對接收到的激光束進行光電轉(zhuǎn)換和信號處理，并將處理后的電信號發(fā)送到綜合信息處理單元(106)當中； e2、顯示帶有目標距離信息的紅外視頻圖像通過激光測距儀(102)獲得目標距離信息，綜合信息處理單元(106)接收激光測距儀(102)發(fā)送的電信號，并對其進行計算，解算出目標的距離信息，然后將目標距離信息和紅外視頻合成，發(fā)送到顯示模塊(108)進行顯示帶有目標距離信息的紅外視頻圖像； f2、得出目標的坐標信息保持對準目標(001)的狀態(tài)，通過控制面板(109)發(fā)送獲取目標位置坐標命令；綜合信息處理單元(106 )接收到命令后，控制磁羅盤(105 )獲取目標的水平角度和俯仰角度，并獲取GPS模塊(104)發(fā)送的自身坐標信息；綜合目標距離信息、自身坐標信息以及目標的水平角度和俯仰角度，綜合信息處理單元(106)完成數(shù)學解算過程，計算出目標的坐標信息； g2、顯示帶有目標距離信息、自身坐標信息和目標坐標信息的紅外視頻圖像綜合信息處理單元(106)將目標距離信息、自身坐標信息和目標坐標信息與紅外視頻圖像合成，發(fā)送到顯示模塊(108)當中進行顯示。
10.一種應用于上述任一權(quán)利要求所述多功能光電偵察儀的自動解算地面目標位置坐標的方法，其特征在于，包括下述步驟 第一步通過激光測距儀(102)測得目標(001)和觀測點(100)之間的直線距離-直線一(002)在水平面上的投影為直線二(004)； 第二步通過GPS模塊(104)獲得觀測點(100)所處位置的大地絕對坐標值，包含觀測點(100)的緯度值a A和經(jīng)度值Pa ； 第三步通過磁羅盤(105)獲得目標(001)的方位角，即直線二(004)與正北方向線(003)之間的夾角C，目標(001)的俯仰角，即直線一(002)與直線二(004)的夾角D ; 第四步目標的絕對坐標值按下述(I)、(2)和(3)式確定
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多功能光電偵察儀及其用于觀察確定目標位置的方法。多功能光電偵察儀包括制冷型紅外傳感器，激光測距儀，可見光通道，GPS模塊和磁羅盤；還有綜合信息處理單元，電源模塊和控制面板；所述綜合信息處理單元分別與制冷型紅外傳感器，激光測距儀，GPS模塊，磁羅盤，以及顯示模塊和控制面板連接；激光測距儀上連接有可見光通道。本發(fā)明的方法有通過可見光通道觀察及通過制冷型紅外傳感器觀察目標和確定目標方位的方法；還有自動解算目標的位置坐標的方法。本發(fā)明的優(yōu)點是用于單人對目標進行偵察定位，實時準確地提供目標的圖像、方位、距離和位置信息。本發(fā)明集成了多個傳感器，并采取小型化設計，便攜性高，提高了單人偵察能力和信息獲取能力。
文檔編號G01V8/10GK102749659SQ20121025271
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月20日
發(fā)明者張智杰, 楊長城, 洪普, 王晨晟, 趙坤, 郭曉東 申請人:湖北久之洋紅外系統(tǒng)有限公司