[发明专利]一种全视景光电雷达及利用地面目标图像定位的扫描方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电探测技术领域，具体涉及一种采用双站旋转扫描的光电雷达。

背景技术

光电雷达不主动发射雷达波，是一种采用被

动式光电探测方式实现雷达功能的设备。由于隐形飞机的出现，光电雷达的重要性越来越被人们重视。但是，真正能具有与常规的发射无线电波的雷达在目标自动识别及远距离测距功能相当的光电雷达还鲜有报道，原因在于光电雷达的目标扫描、目标自动识别及测距均有技术难度。

现有的光学雷达扫描方式有两种：一种是凝视型，其优点是对活动目标，无论是地面的或是空中目标均很容易发现，并且实时性好。但由于其视场角小，只能覆盖很小的范围。通常只用于距离较近的地面探测；另一种是扫描式，通常安装在转台上，扫描方式分旋转式和扇扫式两种。扫描式光电雷达，扫描范围较凝视型光电雷达大。但是目前的扫描式光电雷达与常规的雷达类似，扫描时只能设定某一个特定的俯仰角。换言之，当扫描地面目标时就不能扫描空中目标，扫描的动态范围小。无法同时把空中的目标与地面的景象同时显示，无法实现水平0-360°，俯仰0-90°全方位探测和全视景显示。

扫描式光电雷达的另一个技术难点是在扫描过程的动态中发现空中目标。由于摄像机随转台在运动很难区分空中的静止目标和运动目标。例如，在布满星星的夜晚，就需要将飞行中的飞机与星星相区别并自动识别，这在技术上有一定的难度。

光学雷达的最大难题是测距，采用单站的光学雷达多采用激光测距，测距范围为几十公里。要对数百公里外的飞行目标用单个站点进行精确测距是几乎不可能的。通常采用双站点方式，通过双站交汇测距法来得到目标的距离信息。利用光电摄像机得到的目标图像信息进行目标位置参数解算，得到探测目标的距离参数，这种方法全部依赖于转台的机械精度，对于远距离的空中目标测得的距离等参数误差大。

发明内容

本发明针对现有光电雷达技术的不足，提出一种装置及方法、能实现水平0-360°俯仰0-90°全方位扫描；能利用图像处理的方法自动识别空中目标；能利用图像匹配的方法通过已知的地面目标参考点的精确方位角及距离对空中目标进行精确定位及测距；能精确显示空中目标图像和运动参数及轨迹的全视景光电雷达。

本发明所述的一种全视景光电雷达，包含一个采用光回流环的360°可连续旋转的转台、两个摄像机及与之配套的计算机；在所述的转台上的水平方向安装一个水平摄像机及在转台的俯仰支架上安装一个俯仰摄像机，与之配套的计算机同转台及摄像机相连接；所述的水平摄像机随着转台的转动而转动，其俯仰角不变总是对准地面目标，所述的俯仰摄像机随着转台俯仰角的变化对着不同的空中区域进行扫描，俯仰扫描幅度可从0至90；所述的水平摄像机与俯仰摄像机垂直方向同轴。

进一步的，为提高光电雷达的测量精度，所述的全视景光电雷达上可安装高精度激光测距仪。

所述的水平摄像机与俯仰摄像是一种广义的光电探测器，它可以是可见光摄像机，也可以是任何一种近红外、短波红外、中波红外或长波红外探测器及探测器的组合。

使用上述全视景光电雷达并利用地面目标图像定位的扫描方法，采用双站点扫描，两个全视景光电雷达站点相隔一定距离同时扫描，每个全视景光电雷达站点的转台从0°至360°旋转时，水平摄像机将连续采集到的地面目标图像用图像匹配的方法拼接成0°至360°的完整的地面目标全方位图像，得到了两幅0°至360°的地面目标全方位图像，同时，俯仰摄像机得到特定俯仰角的360°全方位空域图；当俯仰摄像机的俯仰角随着转台每圈的旋转从0-90°分阶段扫描时，就实现了全方位的地面及空中目标的全视景探测。

具体扫描方法为：

空中目标自动检测方法为：俯仰摄像机对着空中区域以摄像机的最大视频采集帧数连续抓拍空中图像，并通过计算机对相邻的两帧进行差分处理并自动识别出空中目标；识别出空中目标的这一帧的图像以捕获瞬间的时间为标记存储；计算机在发现空中目标的瞬间，把地面目标摄像机所摄的地面目标图像与地面目标全视景图进行图像匹配，找出上述一帧图像在地面目标全方位图中的准确位置；同时把该瞬间的空中目标的图像根据地面目标图像的定位，放在与其地面目标对应的空域中，此时地面目标的水平方向显示的是对应的上述一帧空中目标方位角，而垂直方向显示的是上述一帧空中目标的俯仰角，即得到空中目标方位图。