本發(fā)明涉及一種基于雷達(dá)和光電設(shè)備互補(bǔ)的探測識別裝置及方法，具體地，涉及一種基于雷達(dá)和光電設(shè)備互補(bǔ)的復(fù)雜氣象環(huán)境下晝夜對觀察海域進(jìn)行目標(biāo)檢測、探測識別裝置及方法，該裝置及方法采用智能化控制技術(shù)，對海面目標(biāo)進(jìn)行有效地探測、跟蹤、識別和監(jiān)視。

背景技術(shù)：

工作于海洋環(huán)境下的雷達(dá)和光電設(shè)備面臨較為嚴(yán)重的復(fù)雜環(huán)境的影響，為實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的有效探測、跟蹤和識別，本發(fā)明需要雷達(dá)和光電設(shè)備協(xié)同工作，減小復(fù)雜環(huán)境的影響。海雜波主要出現(xiàn)在雷達(dá)探測近程，對雷達(dá)探測目標(biāo)特別是小目標(biāo)影響嚴(yán)重，且無法識別目標(biāo)；而光電設(shè)備近程目標(biāo)探測能力強(qiáng)，且能成像識別，二者形成互補(bǔ)。

現(xiàn)有技術(shù)中，在對海上目標(biāo)探測、跟蹤、識別和監(jiān)視時，雷達(dá)和光電設(shè)備二者分開工作，具體的，首先由雷達(dá)探測目標(biāo)區(qū)域，當(dāng)雷達(dá)探測到目標(biāo)物體的位置信息后，將該位置信息顯示到雷達(dá)上；操作人員通過觀察雷達(dá)顯示，獲知目標(biāo)物體的位置信息，然后在該位置信息的指導(dǎo)下，操作人員手動不斷調(diào)整光電設(shè)備的拍攝方向，使光電設(shè)備對準(zhǔn)目標(biāo)物體，通過操控光電設(shè)備對目標(biāo)物體成像，獲得直觀、清晰的目標(biāo)圖像，完成對目標(biāo)物體識別的目的。

上述對海上目標(biāo)探測、跟蹤、識別和監(jiān)視的過程中，通過操作人員手動操作完成雷達(dá)與光電設(shè)備的協(xié)同工作，具有協(xié)同效率差的缺陷；進(jìn)而無法準(zhǔn)確對目標(biāo)物體進(jìn)行跟蹤和識別。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于雷達(dá)和光電設(shè)備互補(bǔ)的探測識別裝置及方法，其減小復(fù)雜氣象環(huán)境對雷達(dá)和光電設(shè)備探測較為嚴(yán)重的影響，實(shí)現(xiàn)海洋環(huán)境下對目標(biāo)的有效探測和識別。本發(fā)明采用自適應(yīng)海雜波抑制技術(shù)，抑 制強(qiáng)海雜波；采用光學(xué)透霧和日夜兩用光電技術(shù)，在惡劣氣象環(huán)境下，晝夜對觀察海域進(jìn)行目標(biāo)檢測。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種基于雷達(dá)和光電設(shè)備互補(bǔ)的探測識別裝置，其特征在于，包括雷達(dá)、光電設(shè)備、計(jì)算機(jī)和顯示器，雷達(dá)完成海面目標(biāo)的搜索、跟蹤，雷達(dá)設(shè)有小目標(biāo)模塊，小目標(biāo)模塊在雷達(dá)探測基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對海雜波背景下的目標(biāo)進(jìn)行檢測，計(jì)算機(jī)完成信息處理，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并完成跟蹤；準(zhǔn)確地引導(dǎo)控制光電設(shè)備指向目標(biāo)所在位置，提供目標(biāo)雷達(dá)坐標(biāo)信息；光電設(shè)備完成海面目標(biāo)觀察、跟蹤和識別，晝夜對觀察海域進(jìn)行目標(biāo)檢測、成像，對目標(biāo)圖像信息進(jìn)行視頻處理和跟蹤。

優(yōu)選地，所述光電設(shè)備具備受控和獨(dú)立工作兩種模式，獨(dú)立工作模式的具體作用如下：能手動或自動進(jìn)行區(qū)域掃描，能在夜間對海上目標(biāo)進(jìn)行檢測、成像，獲取直觀、真實(shí)、清晰的目標(biāo)圖像，探測海上目標(biāo)，對其進(jìn)行圖像識別和自動跟蹤；受控工作模式的具體作用如下：在雷達(dá)引導(dǎo)下，對目標(biāo)快速成像、識別和跟蹤；自動跟蹤目標(biāo)，兩種工作模式下都截取目標(biāo)圖像，實(shí)時記錄、存儲和回放目標(biāo)信息。

優(yōu)選地，所述光電設(shè)備包括光學(xué)主機(jī)和穩(wěn)定云臺。

優(yōu)選地，所述雷達(dá)、光電設(shè)備、顯示器都與計(jì)算機(jī)連接，采用海雜波抑制和光學(xué)透霧技術(shù)，計(jì)算機(jī)完成信息處理、識別、跟蹤和監(jiān)視。

本發(fā)明還提供一種基于雷達(dá)和光電設(shè)備互補(bǔ)的探測識別方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一，雷達(dá)持續(xù)探測海上區(qū)域，持續(xù)獲得目標(biāo)物體在不同時間點(diǎn)的位置信息；其中，該位置信息包括目標(biāo)物體距離雷達(dá)的距離信息和方位信息；

步驟二，雷達(dá)將探測得到的所述目標(biāo)物體的位置信息發(fā)送給所述雷達(dá)信號接收處理器；所述雷達(dá)信號接收處理器對位于各個時間點(diǎn)的所述位置信息進(jìn)行綜合處理，獲得所述目標(biāo)物體的跟蹤航跡信息；并將該目標(biāo)物體的跟蹤航跡信息發(fā)送給所述計(jì)算機(jī)；

步驟三，所述計(jì)算機(jī)對所述目標(biāo)物體的跟蹤航跡信息進(jìn)行分析處理，獲得光電設(shè)備的光學(xué)視線瞄準(zhǔn)線指向命令；

步驟四，所述計(jì)算機(jī)將所述光學(xué)視線瞄準(zhǔn)線指向命令發(fā)送給所述伺服系統(tǒng)，所述伺服系統(tǒng)進(jìn)而控制所述穩(wěn)定平臺的姿態(tài)，進(jìn)而調(diào)整了安裝在該光電穩(wěn)定平臺上的光電設(shè)備的方向，使光電設(shè)備不斷瞄準(zhǔn)跟蹤目標(biāo)物體；

步驟五，光電設(shè)備成像目標(biāo)物體的圖像，依據(jù)目標(biāo)特征屬性，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)物體跟蹤和識別的目的。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：本發(fā)明完成雷達(dá)的信號處理、數(shù)據(jù)處理、結(jié)構(gòu)簡單，效果明顯，有效地實(shí)現(xiàn)跟蹤，減小復(fù)雜氣象對工作于海洋環(huán)境下的雷達(dá)和光電設(shè)備的影響，提高了海洋環(huán)境下雷達(dá)和光學(xué)設(shè)備的性能，提高了雷達(dá)和光學(xué)設(shè)備綜合探測識別能力。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯：

圖1為本發(fā)明基于雷達(dá)和光電設(shè)備互補(bǔ)的探測識別裝置的原理框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，本發(fā)明基于雷達(dá)和光電設(shè)備互補(bǔ)的探測識別裝置包括雷達(dá)1、光電設(shè)備2、計(jì)算機(jī)3和顯示器4，雷達(dá)完成海面目標(biāo)的搜索、跟蹤，雷達(dá)設(shè)有小目標(biāo)模塊，小目標(biāo)模塊在雷達(dá)探測基礎(chǔ)上進(jìn)一步對海雜波背景下的目標(biāo)進(jìn)行檢測，計(jì)算機(jī)完成信息處理，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并完成跟蹤；準(zhǔn)確地引導(dǎo)控制光電設(shè)備指向目標(biāo)所在位置，提供目標(biāo)雷達(dá)坐標(biāo)信息；光電設(shè)備完成海面目標(biāo)觀察、跟蹤和識別，晝夜對觀察海域進(jìn)行目標(biāo)檢測、成像，對目標(biāo)圖像信息進(jìn)行視頻處理和跟蹤。

雷達(dá)采用數(shù)學(xué)模型，對二坐標(biāo)目標(biāo)位置數(shù)據(jù)進(jìn)行解算，得到光學(xué)視線瞄準(zhǔn)線指向，從而引導(dǎo)光電設(shè)備引向目標(biāo)；能夠自動高效的實(shí)現(xiàn)雷達(dá)和光電設(shè)備的協(xié)同工作，從而準(zhǔn)確高效的實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)物體的探測、跟蹤、識別和監(jiān)視。

光電設(shè)備完成海面目標(biāo)觀察、跟蹤和識別，晝夜對觀察海域進(jìn)行目標(biāo)檢測、成像，對目標(biāo)圖像信息進(jìn)行視頻處理和跟蹤。光電設(shè)備具備受控和獨(dú)立工作兩種模式，獨(dú)立工作模式的具體作用如下：能手動或自動進(jìn)行區(qū)域掃描，能在夜間對海上目標(biāo)進(jìn)行檢測、成像，獲取直觀、真實(shí)、清晰的目標(biāo)圖像，探測海上目標(biāo)，對其進(jìn)行圖 像識別和自動跟蹤；受控工作模式的具體作用如下：在雷達(dá)引導(dǎo)下，對目標(biāo)快速成像、識別和跟蹤；自動跟蹤目標(biāo)，兩種工作模式下都截取目標(biāo)圖像，實(shí)時記錄、存儲和回放目標(biāo)信息。

所述光電設(shè)備包括光學(xué)主機(jī)和穩(wěn)定云臺，穩(wěn)定云臺是光學(xué)主機(jī)的載體且包含伺服系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)包括X軸伺服驅(qū)動器、Y軸伺服驅(qū)動器以及X軸伺服電機(jī)、Y軸伺服電機(jī)，保障光學(xué)主機(jī)平穩(wěn)和尋找、跟蹤目標(biāo)；光學(xué)主機(jī)包含光學(xué)透霧、日夜兩用鏡頭和激光器。

所述雷達(dá)、光電設(shè)備、顯示器都與計(jì)算機(jī)連接，采用海雜波抑制和光學(xué)透霧技術(shù)，計(jì)算機(jī)完成信息處理、識別、跟蹤和監(jiān)視。

本發(fā)明基于雷達(dá)和光電設(shè)備互補(bǔ)的探測識別方法包括以下步驟：

步驟一，雷達(dá)持續(xù)探測海上區(qū)域，持續(xù)獲得目標(biāo)物體在不同時間點(diǎn)的位置信息；其中，該位置信息包括目標(biāo)物體距離雷達(dá)的距離信息和方位信息；

步驟二，雷達(dá)將探測得到的所述目標(biāo)物體的位置信息發(fā)送給所述雷達(dá)信號接收處理器；所述雷達(dá)信號接收處理器對位于各個時間點(diǎn)的所述位置信息進(jìn)行綜合處理，獲得所述目標(biāo)物體的跟蹤航跡信息；并將該目標(biāo)物體的跟蹤航跡信息發(fā)送給所述計(jì)算機(jī)；

獲得目標(biāo)物體的跟蹤航跡信息的一般方法為：建立目標(biāo)航跡數(shù)據(jù)庫，根據(jù)數(shù)據(jù)庫內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)，達(dá)到目標(biāo)航跡跟蹤，但當(dāng)檢測范圍內(nèi)存在多個目標(biāo)時，該種方法極易出錯，造成目標(biāo)丟失。本發(fā)明中，目標(biāo)航跡跟蹤分析處理方法中新增目標(biāo)特征提取和目標(biāo)編隊(duì)技術(shù)，能夠有效提高目標(biāo)跟蹤效率，既使當(dāng)檢測范圍內(nèi)存在多個目標(biāo)，且航跡交叉時也能夠準(zhǔn)確跟蹤目標(biāo)。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，最能反映目標(biāo)特征的簡練方法為：目標(biāo)中心位置和目標(biāo)模ρ角θ關(guān)系。具體的，采用自適應(yīng)閾值方法對雷達(dá)接收到的各方位強(qiáng)度信號進(jìn)行二值化處理，用微分算子方法提取目標(biāo)邊緣，依據(jù)邊緣檢測的數(shù)據(jù)和雷達(dá)接收的目標(biāo)位置信息計(jì)算目標(biāo)中心位置，依據(jù)目標(biāo)中心位置和邊緣檢測結(jié)果取得目標(biāo)模的最大值、最小值、平均值ρmax、ρmin、ρa(bǔ)vg和角θ，根據(jù)ρmax＝f1(θ)、ρmin＝f2(θ)、ρa(bǔ)vg＝f3(θ)得到目標(biāo)特征，再將特征不同、方向不同的目標(biāo)編入到不同的編隊(duì)中，邊緣檢測和目標(biāo)特征技術(shù)大大縮減信息總量。由于相近編隊(duì)的目標(biāo)具有相近的屬性，因此，目標(biāo)的編隊(duì)技術(shù)大大簡化目標(biāo)航跡跟蹤的算法。而目標(biāo)特征和航跡跟蹤技術(shù)又可以有效防止目標(biāo)丟失，提高跟蹤效率。有效地減小了復(fù)雜氣象環(huán)境對工 作于海洋環(huán)境下的雷達(dá)和光電設(shè)備的影響，提高了海洋環(huán)境下雷達(dá)和光學(xué)設(shè)備性能，裝置能夠整體提高對海上目標(biāo)綜合探測、跟蹤、識別和監(jiān)視能力。

步驟三，所述計(jì)算機(jī)對所述目標(biāo)物體的跟蹤航跡信息進(jìn)行分析處理，獲得光電設(shè)備的光學(xué)視線瞄準(zhǔn)線指向命令；

具體的，由于雷達(dá)所提供的目標(biāo)物體的跟蹤航跡信息是二坐標(biāo)或者經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，為平面極坐標(biāo)形式，而不是三坐標(biāo)數(shù)據(jù)，因此不能直接正確的得到目標(biāo)的位置并對光電設(shè)備進(jìn)行引導(dǎo)。所以，本步驟中，計(jì)算機(jī)根據(jù)數(shù)學(xué)模型計(jì)算出光學(xué)視線瞄準(zhǔn)線指向的X，Y，Z軸三向偏移量；得到目標(biāo)正確的位置，進(jìn)而引導(dǎo)光電設(shè)備連續(xù)、正確地跟蹤目標(biāo)。

另外，由于雷達(dá)和光電伺服轉(zhuǎn)臺安裝在艦船的不同位置，所以，雷達(dá)和光電伺服轉(zhuǎn)臺安之間存在安裝誤差。本發(fā)明中，通過以下方式可以有效消除該安裝誤差：以安裝左、右兩個光電伺服轉(zhuǎn)臺為例，將與方位軸垂直的雷達(dá)俯仰軸水平面作為基準(zhǔn)面，雷達(dá)俯仰軸與方位軸交點(diǎn)為原點(diǎn)，左、右光電伺服轉(zhuǎn)臺俯仰軸水平面和原點(diǎn)坐標(biāo)偏差為Δ1|ΔX1ΔY1ΔZ1|，Δ2|ΔX2ΔY2ΔZ2|。因此實(shí)現(xiàn)了將雷達(dá)接收目標(biāo)位置轉(zhuǎn)換為光電裝置跟蹤目標(biāo)準(zhǔn)確位置。最后轉(zhuǎn)換光電伺服轉(zhuǎn)臺俯仰角、方位角、調(diào)焦距離，將直角坐標(biāo)系采用以下公式(1)轉(zhuǎn)換為球坐標(biāo)系，

已知雷達(dá)自身的坐標(biāo)和雷達(dá)與目標(biāo)之間的測距，具體如下式(1)：

r_i＝c×t_i/2 (1)

其中：r_i(i雷達(dá)數(shù),三個雷達(dá)取1、2、3)雷達(dá)監(jiān)測的目標(biāo)距離；

c光速；

t_i(i雷達(dá)數(shù),三個雷達(dá)取1、2、3)雷達(dá)反射波間隔時間。

由球面坐標(biāo)公式可得式(2)：

(x-x_i)²+(y-y_i)²+(z-z_i)²＝r_i² (2)

即一組數(shù)據(jù)就可以得到關(guān)于所求坐標(biāo)未知量的一個方程，當(dāng)有三組非線性相關(guān)的坐標(biāo)值時，就可以列出三個關(guān)于未知量的獨(dú)立方程，如下式(3)、式(4)、式(5)：

(x-x₁)²+(y-y₁)²+(z-z₁)²＝r₁² (3)

(x-x₂)²+(y-y₂)²+(z-z₂)²＝r₂² (4)

(x-x₃)²+(y-y₃)²+(z-z₃)²＝r₃² (5)

其中：x₁、y₁、z₁、x₂、y₂z₂、x₃、y₃、z₃分別是三個雷達(dá)安裝位置坐標(biāo)，x、 y、z目標(biāo)位置坐標(biāo)，通過求解三個獨(dú)立方程就可以求出三個未知量，即可得到目標(biāo)空間坐標(biāo)值。

由此得出結(jié)論：當(dāng)有三個雷達(dá)時，就可以通過三組數(shù)據(jù)進(jìn)行目標(biāo)坐標(biāo)求解，從而實(shí)現(xiàn)飛行物定位。由于所需三組已知坐標(biāo)數(shù)據(jù)要滿足非線性相關(guān)，即要求雷達(dá)布設(shè)不在同不在同一直線上。

即至少需要三個不在同一直線上的雷達(dá)才能定位目標(biāo)，如下式(6)、式(7)：

其中：ρ目標(biāo)中心位置模；

θ目標(biāo)中心位置方位角；

φ目標(biāo)中心位置仰角。

為避免分母為零，程序執(zhí)行出現(xiàn)溢出情況，可采用簡捷處理方式：分母y+Δy

其中，Δy>0且足夠小，例如可取Δy＝1×10-8。只要Δy足夠小取值不影響計(jì)算精度。

步驟四，所述計(jì)算機(jī)將所述光學(xué)視線瞄準(zhǔn)線指向命令發(fā)送給所述伺服系統(tǒng)，所述伺服系統(tǒng)進(jìn)而控制所述穩(wěn)定平臺的姿態(tài)，進(jìn)而調(diào)整了安裝在該光電穩(wěn)定平臺上的光電設(shè)備的方向，使光電設(shè)備不斷瞄準(zhǔn)跟蹤目標(biāo)物體；

步驟五，光電設(shè)備成像目標(biāo)物體的圖像，依據(jù)目標(biāo)特征屬性，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)物體跟蹤和識別的目的。

雷達(dá)設(shè)備和光電設(shè)備可以獨(dú)立工作，也可以聯(lián)合工作，二者取長補(bǔ)短，集多功能于一體，構(gòu)成雷達(dá)光電探測識別系統(tǒng)，進(jìn)行綜合協(xié)同決策控制，能準(zhǔn)確、快速完成海上目標(biāo)的探測識別。裝置結(jié)構(gòu)簡單、技術(shù)成熟、配置合理、使用方便，能有效彌補(bǔ)現(xiàn)有裝備對海上目標(biāo)綜合探測能力的不足，提高對海上目標(biāo)綜合探測識別能力，特別是夜晚復(fù)雜氣象條件下對海上小目標(biāo)的綜合探測識別能力。本發(fā)明有效地減小了復(fù)雜氣象環(huán)境對工作于海洋環(huán)境下的雷達(dá)和光電設(shè)備的影響，提高了海洋環(huán)境下雷達(dá)和光電設(shè)備性能，裝置能夠整體提高對海上目標(biāo)綜合探測、跟蹤、識別和監(jiān)視能力。

以上對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上 述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。