专利名称：一种多功能光电侦察仪及其用于观察确定目标位置的方法
技术领域：
本发明涉及一种多功能光电侦察仪及其用于观察确定目标位置的方法，具体是一种多传感器光电侦察定位系 统，属于光电侦察领域。
背景技术：
在现代侦察、对抗和评估活动中，信息获取能力正成为决定对抗胜负的重要因素。及时准确地获取对抗现场的各种信息，在复杂环境下完成目标的侦察定位任务，可以为对抗的进攻或防预系统提供目标方位指引，以增强精确打击能力或防御能力。此外，打击后的效果评估和侦察也逐渐成为现场信息情报获取的重要环节。因此，各种类型的监控、侦察、观测等信息获取设备已成为研究和装备的重点。其中，单人侦察作为整个对抗现场信息系统的重要组成部分，具有灵巧、渗透性好、清晰直观等特点，起到了非常重要的尖刀作用。为了充分发挥单人侦察的特点，就必须有相应的多功能侦察设备进行支持，在满足目标成像侦察等功能的同时又要便于单人携带，以方便单人侦察在夜间和复杂电磁环境下进行目标侦察定位，保证任务的完成。目前，单人侦察主要采用基于非制冷红外热像仪和可见光通道的手持式光电侦察设备，对目标进行昼夜成像侦察观测。同时，可配备额外的激光测距仪，得到目标的距离信息。利用这些光电传感设备可以一定程度上实现单人侦察的任务，但是仍然缺乏目标的坐标信息，无法对其进行精确定位。若再携带测角仪和GPS定位设备，过于繁杂的装备会严重影响单人侦察的机动性和隐蔽性。而且多个设备难以协同工作，所获取情报的实时性和准确性无法保证，很难提供及时、准确、全面的目标信息。上述问题很大程度上制约了单人侦察的应用。为了解决这些问题，需要配备集侦察、瞄准、定位等功能于一体的昼夜观测侦察设备，但目前尚缺乏这种设备。这更突显了配置单人多功能光电侦察设备的重要性。

发明内容
本发明提出了一种多功能光电侦察仪，包括制冷型红外传感器、激光测距仪、可见光通道、GPS模块等，集侦察、猫准、定位等功能于一体，便携性和灵活性好，红外光学系统采用二次折转翻转式两档变倍系统，从而在实现快速变焦的同时，结构尺寸也更加紧凑，能昼夜观测侦察，特别适用于单人目标侦察探测和信息搜集，解决单人侦察信息获取能力不足问题，能对目标进行侦察定位，实时准确地提供目标的图像、方位、距离和位置信息。本发明的一种多功能光电侦察仪技术方案是它包括一个位于整机前端用于摄录红外图像目标的制冷型红外传感器，一个用于测量目标距离的激光测距仪，一个用于可见光观察的可见光通道，一个用于探测观测点位置坐标的GPS模块，一个用于探测目标的水平角度和俯仰角度的磁罗盘；还有一个综合信息处理单元，用于算出目标的位置信息，对图像信号进行视频编码和增强处理，将红外图像和信息数据合成显示，并对各部件进行控制；还有一个输入端与电池连接而输出端分别与需供电的部件连接的电源模块，一个用于显示图像的显示模块以及用于控制操作的控制面板；所述综合信息处理单元分别与制冷型红外传感器、激光测距仪、GPS模块、磁罗盘、以及显示模块和控制面板连接；激光测距仪上连接有可见光通道。进一步的技术方案是
所述的多功能光电侦察仪，其制冷型红外传感器包括一个红外探测器，一个用于将红外辐射会聚于红外探测器的靶面上的红外光学系统，红外探测器将红外辐射信号转换为模拟电信号；一个红外成像电路组件；所述红外光学系统位于红外探测器靶面的前方，该红外探测器与红外成像电路组件连接。所述的多功能光电侦察仪，其激光测距仪包括一个激光发射模块，一个激光接收模块，一个发射光学通道，一个接收光学通道；所述激光发射模块输入端与综合信息处理单元连接，输出端与发射光学通道连接；激光接收模块输入端与接收光学通道连接，输出端与 综合信息处理单元连接。所述的多功能光电侦察仪，其可见光通道位于接收光学通道之后，且两者共光路；GPS模块与综合信息处理单元连接；磁罗盘与综合信息处理单元连接。所述的多功能光电侦察仪，其显示模块与综合信息处理单元连接；控制面板与综合信息处理单元连接。所述的多功能光电侦察仪，其综合信息处理单元包括数字信号处理器内核、PPIO并行接口、PPIl并行接口、SPI串行外设接口、RS232串行接口、通信IO接口、视频编码器、RS422串行扩展接口、红外接口、激光接口、GPS接口、磁罗盘接口、外部控制命令接口、SDRAM内存、闪存、电源接口 ；所述的数字信号处理器内核分别与PPIO并行接口、PPIl并行接口、SPI串行外设接口、RS232串行接口、通信IO接口、SDRAM内存和闪存连接。所述的多功能光电侦察仪，其SPI串行外设接口分别与数字信号处理器内核及RS422串行扩展接口连接；RS232串行接口分别与数字信号处理器内核和RS422串行扩展接口连接；视频编码器输入端与PPIO并行接口连接，输出端与显示模块连接；RS422串行扩展接口与SPI串行外设接口、RS232串行接口、红外接口、激光接口、GPS接口、磁罗盘接口和外部控制命令接口连接。一种使用本发明上述的多功能光电侦察仪通过可见光通道观察目标和确定目标方位的方法技术方案，包括下述步骤
al、开机通过控制面板开启电源模块，对各个部件进行供电； bl、观察目标通过可见光通道观察目标；
Cl、对准目标发现目标后，将可见光通道的瞄准十字丝对准目标；dl、信息接收发送和处理对准目标后，通过控制面板发送激光测距命令；综合信息处理单元接收到命令后，控制激光发射模块发射人眼安全激光束；激光束通过发射光学通道，射向目标；击中目标后，反射返回至接收光学通道，该接收光学通道将反射后的激光束会聚于激光接收模块，该激光接收模块对接收到的激光束进行光电转换和信号处理，并将处理后的电信号发送到综合信息处理单元当中；
el、显示距离信息综合信息处理单元接收激光测距仪发送的电信号，并对其进行计算，解算出目标的距离信息，然后将距离信息发送到显示模块进行显示；
H、得出目标的坐标信息保持对准目标的状态，通过控制面板发送获取目标位置坐标命令；综合信息处理单元接收到命令后，控制磁罗盘获取目标的水平角度和俯仰角度，并获取GPS模块发送的自身坐标信息；综合目标距离信息、自身坐标信息以及目标的水平角度和俯仰角度，综合信息处理单元完成数学解算过程，计算出目标的坐标信息；gl、显示目标信息目标的坐标信息发送到显示模块当中进行显示。一种使用本发明上述的多功能光电侦察仪通过制冷型红外传感器观察目标和确定目标方位的方法技术方案，包括下述步骤
a2、开机通过控制面板开启电源模块，对各个部件进行供电；b2、获取和显示红外图像综合信息处理单元接收到通过控制面板发送的红外成像命令后，控制红外成像组件发送红外图像信号；综合信息处理单元对红外图像信号进行视频编码，获得显示所需要的视频信号，然后将视频信号发送到显示模块，由显示模块将红外图像视频进行显示，以供操作人员观察；
c2、处理红外视频图像，观察和对准目标通过控制面板发送调焦、变焦、非均匀校正、图像增强命令至综合信息处理单元；综合信息处理单元完成图像增强功能，并控制红外光 学系统完成调焦和变焦动作，控制红外成像组件完成非均匀校正功能；通过调焦、变焦、非均匀校正和图像增强获取清晰的红外视频图像，并观察目标；然后将显示模块中的瞄准十字丝对准目标；
d2、信息接收、发送和处理对准目标后，通过控制面板发送激光测距命令；综合信息处理单元接收到命令后，控制激光发射模块发射人眼安全激光束；激光束通过发射光学通道，射向目标；击中目标后，反射返回至接收光学通道，该接收光学通道将反射后的激光束会聚于激光接收模块，该激光接收模块对接收到的激光束进行光电转换和信号处理，并将处理后的电信号发送到综合信息处理单元当中；
e2、显示带有目标距离信息的红外视频图像通过激光测距仪获得目标距离信息，综合信息处理单元接收激光测距仪发送的电信号，并对其进行计算，解算出目标的距离信息，然后将目标距离信息和红外视频合成，发送到显示模块进行显示带有目标距离信息的红外视频图像；
f2、得出目标的坐标信息保持对准目标的状态，通过控制面板发送获取目标位置坐标命令；综合信息处理单元接收到命令后，控制磁罗盘获取目标的水平角度和俯仰角度，并获取GPS模块发送的自身坐标信息；综合目标距离信息、自身坐标信息以及目标的水平角度和俯仰角度，综合信息处理单元完成数学解算过程，计算出目标的坐标信息；
g2、显示带有目标距离信息、自身坐标信息和目标坐标信息的红外视频图像综合信息处理单元将目标距离信息、自身坐标信息和目标坐标信息与红外视频图像合成，发送到显示模块当中进行显示。一种应用于本发明上述的多功能光电侦察仪的自动解算地面目标位置坐标的方法，其特征在于，包括下述步骤
第一步通过激光测距仪测得目标和观测点之间的直线距离直线一在水平面上的投影为直线二；
第二步通过GPS模块获得观测点所处位置的大地绝对坐标值，包含观测点的纬度值
^和经度值Pa ;
第三步通过磁罗盘获得目标的方位角，即直线二与正北方向线之间的夹角C，目标的俯仰角，即直线一与直线二的夹角O。第四步目标的绝对坐标值按下述(I)、(2)和(3)式确定
权利要求
1.一种多功能光电侦察仪，其特征在于，包括一个位于整机前端用于摄录红外图像目标(OOl)的制冷型红外传感器(101)，一个用于测量目标距离的激光测距仪(102)，一个用于可见光观察的可见光通道(103)，一个用于探测观测点位置坐标的GPS模块(104)，一个用于探测目标的水平角度和俯仰角度的磁罗盘(105);还有一个综合信息处理单元(106)，用于算出目标的位置信息，对图像信号进行视频编码和增强处理，将红外图像和信息数据合成显示，并对各部件进行控制；还有一个输入端与电池(110)连接而输出端分别与需供电的部件连接的电源模块(107)，一个用于显示图像的显示模块(108)以及用于控制操作的控制面板(109);所述综合信息处理单元(106)分别与制冷型红外传感器(101)、激光测距仪(102)、GPS模块(104)、磁罗盘(105)、以及显示模块(108)和控制面板(109)连接；激光测距仪(102)上连接有可见光通道(103)。
2.根据权利要求I所述的多功能光电侦察仪，其特征在于，所述的制冷型红外传感器(101)包括一个红外探测器(101. 2)，一个用于将红外辐射会聚于红外探测器(101. 2)的靶面上的红外光学系统(101. 1)，红外探测器(101. 2)将红外辐射信号转换为模拟电信号；一个红外成像电路组件(101. 3);所述红外光学系统(101. I)位于红外探测器(101. 2)靶面的前方，该红外探测器(101. 2)与红外成像电路组件(101. 3)连接。
3.根据权利要求I所述的多功能光电侦察仪，其特征在于，所述的激光测距仪(102)包括一个激光发射模块(102. I)，一个激光接收模块(102. 2)，一个发射光学通道(102. 3)，一个接收光学通道(102. 4);所述激光发射模块(102. I)输入端与综合信息处理单元(106)连接，输出端与发射光学通道(102. 3)连接；激光接收模块(102. 2)输入端与接收光学通道(102. 4)连接，输出端与综合信息处理单元(106)连接。
4.根据权利要求I或3所述的多功能光电侦察仪，其特征在于，可见光通道(103)位于接收光学通道(102. 4)之后，且两者共光路；GPS模块(104)与综合信息处理单元(106)连接；磁罗盘(105)与综合信息处理单元(106)连接。
5.根据权利要求I所述的多功能光电侦察仪，其特征在于，所述的显示模块(108)与综合信息处理单元(106)连接；控制面板(109)与综合信息处理单元(106)连接。
6.根据权利要求I或5所述的多功能光电侦察仪，其特征在于，所述的综合信息处理单元(106)包括数字信号处理器内核(106. I)、PPIO并行接口(106. 2)、PPIl并行接口(106. 3)、SPI 串行外设接口(106. 4)、RS232 串行接口(106. 5)、通信 IO 接口(106. 6)、视频编码器(106. 7)、RS422 串行扩展接口(106. 8)、红外接口(106. 9)、激光接口(106. 10)、GPS接口(106. 11)、磁罗盘接口(106. 12)、外部控制命令接口(106. 13)、SDRAM 内存(106. 14)、闪存(106. 15)、电源接口(106. 16);所述的数字信号处理器内核(106. I)分别与PPIO并行接口(106. 2)、PPIl 并行接口(106. 3)、SPI 串行外设接口(106. 4)、RS232 串行接口(106. 5)、通信 IO 接口(106. 6)、SDRAM 内存(106. 14)和闪存(106. 15)连接。
7.根据权利要求6所述的多功能光电侦察仪，其特征在于，所述的SPI串行外设接口(106. 4)分别与数字信号处理器内核(106. I)及RS422串行扩展接口( 106. 8)连接；RS232串行接口(106. 5)分别与数字信号处理器内核(106. I)和RS422串行扩展接口(106. 8)连接；视频编码器(106. 7)输入端与PPIO并行接口(106. 2)连接，输出端与显示模块(108)连接；RS422串行扩展接口 (106. 8)与SPI串行外设接口 (106. 4)、RS232串行接口 (106. 5)、红外接口(106. 9)、激光接口(106. 10)、GPS接口(106. 11 )、磁罗盘接口( 106. 12)和外部控制命令接口(106. 13)连接。
8.一种使用上述任一权利要求所述多功能光电侦察仪通过可见光通道观察目标和确定目标方位的方法，其特征在于，包括下述步骤 al、开机通过控制面板(109)开启电源模块(107)，对各个部件进行供电； bl、观察目标通过可见光通道(103)观察目标(001)； Cl、对准目标发现目标(001)后，将可见光通道(103)的瞄准十字丝对准目标(001)；dl、信息接收发送和处理对准目标(001)后，通过控制面板(109)发送激光测距命令；综合信息处理单元(106)接收到命令后，控制激光发射模块(102. I)发射人眼安全激光束；激光束通过发射光学通道(102. 3)，射向目标(001);击中目标(001)后，反射返回至接收光学通道(102. 4)，该接收光学通道(102. 4)将反射后的激光束会聚于激光接收模块(102. 2)，该激光接收模块(102. 2)对接收到的激光束进行光电转换和信号处理，并将处理后的电信号发送到综合信息处理单元(106)当中； el、显示距离信息综合信息处理单元(106)接收激光测距仪(102)发送的电信号，并对其进行计算，解算出目标的距离信息，然后将距离信息发送到显示模块(108)进行显示； H、得出目标的坐标信息保持对准目标(001)的状态，通过控制面板(109)发送获取目标位置坐标命令；综合信息处理单元(106)接收到命令后，控制磁罗盘(105)获取目标的水平角度和俯仰角度，并获取GPS模块(104)发送的自身坐标信息；综合目标距离信息、自身坐标信息以及目标的水平角度和俯仰角度，综合信息处理单元(106)完成数学解算过程，计算出目标的坐标信息； gl、显示目标信息目标的坐标信息发送到显示模块(108)当中进行显示。
9.一种使用上述任一权利要求所述多功能光电侦察仪通过制冷型红外传感器观察目标和确定目标方位的方法，其特征在于，包括下述步骤 a2、开机通过控制面板(109)开启电源模块(107)，对各个部件进行供电；b2、获取和显示红外图像综合信息处理单元(106)接收到通过控制面板(109)发送的红外成像命令后，控制红外成像组件(101. 3)发送红外图像信号；综合信息处理单元(106)对红外图像信号进行视频编码，获得显示所需要的视频信号，然后将视频信号发送到显示模块(108)，由显示模块(108)将红外图像视频进行显示，以供操作人员观察； c2、处理红外视频图像，观察和对准目标通过控制面板(109)发送调焦、变焦、非均匀校正、图像增强命令至综合信息处理单元(106);综合信息处理单元(106)完成图像增强功能，并控制红外光学系统(101. I)完成调焦和变焦动作，控制红外成像组件(101. 3)完成非均匀校正功能；通过调焦、变焦、非均匀校正和图像增强获取清晰的红外视频图像，并观察目标(001);然后将显示模块(108)中的瞄准十字丝对准目标(001)； d2、信息接收、发送和处理对准目标(001)后，通过控制面板(109)发送激光测距命令；综合信息处理单元(106)接收到命令后，控制激光发射模块(102. I)发射人眼安全激光束；激光束通过发射光学通道(102. 3)，射向目标(001);击中目标(001)后，反射返回至接收光学通道(102. 4)，该接收光学通道(102. 4)将反射后的激光束会聚于激光接收模块(102. 2)，该激光接收模块(102. 2)对接收到的激光束进行光电转换和信号处理，并将处理后的电信号发送到综合信息处理单元(106)当中； e2、显示带有目标距离信息的红外视频图像通过激光测距仪(102)获得目标距离信息，综合信息处理单元(106)接收激光测距仪(102)发送的电信号，并对其进行计算，解算出目标的距离信息，然后将目标距离信息和红外视频合成，发送到显示模块(108)进行显示带有目标距离信息的红外视频图像； f2、得出目标的坐标信息保持对准目标(001)的状态，通过控制面板(109)发送获取目标位置坐标命令；综合信息处理单元(106 )接收到命令后，控制磁罗盘(105 )获取目标的水平角度和俯仰角度，并获取GPS模块(104)发送的自身坐标信息；综合目标距离信息、自身坐标信息以及目标的水平角度和俯仰角度，综合信息处理单元(106)完成数学解算过程，计算出目标的坐标信息； g2、显示带有目标距离信息、自身坐标信息和目标坐标信息的红外视频图像综合信息处理单元(106)将目标距离信息、自身坐标信息和目标坐标信息与红外视频图像合成，发送到显示模块(108)当中进行显示。
10.一种应用于上述任一权利要求所述多功能光电侦察仪的自动解算地面目标位置坐标的方法，其特征在于，包括下述步骤 第一步通过激光测距仪(102)测得目标(001)和观测点(100)之间的直线距离-直线一(002)在水平面上的投影为直线二(004)； 第二步通过GPS模块(104)获得观测点(100)所处位置的大地绝对坐标值，包含观测点(100)的纬度值a A和经度值Pa ； 第三步通过磁罗盘(105)获得目标(001)的方位角，即直线二(004)与正北方向线(003)之间的夹角C，目标(001)的俯仰角，即直线一(002)与直线二(004)的夹角D ; 第四步目标的绝对坐标值按下述(I)、(2)和(3)式确定
全文摘要
本发明涉及一种多功能光电侦察仪及其用于观察确定目标位置的方法。多功能光电侦察仪包括制冷型红外传感器，激光测距仪，可见光通道，GPS模块和磁罗盘；还有综合信息处理单元，电源模块和控制面板；所述综合信息处理单元分别与制冷型红外传感器，激光测距仪，GPS模块，磁罗盘，以及显示模块和控制面板连接；激光测距仪上连接有可见光通道。本发明的方法有通过可见光通道观察及通过制冷型红外传感器观察目标和确定目标方位的方法；还有自动解算目标的位置坐标的方法。本发明的优点是用于单人对目标进行侦察定位，实时准确地提供目标的图像、方位、距离和位置信息。本发明集成了多个传感器，并采取小型化设计，便携性高，提高了单人侦察能力和信息获取能力。
文档编号G01V8/10GK102749659SQ20121025271
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月20日 优先权日2012年7月20日
发明者张智杰, 杨长城, 洪普, 王晨晟, 赵坤, 郭晓东 申请人:湖北久之洋红外系统有限公司