一种近距离飞行目标姿态测量系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于飞行目标姿态测量技术领域，特别是涉及一种近距离飞行目标姿态测量系统。
【背景技术】
[0002]在靶场测量中多为快、小、多的飞行目标。一般飞行目标需要测量位置、速度、姿态、脱靶量等参数，小、快，全天候飞行目标测量难度大，是集合光学成像、伺服跟踪、高速摄录、高速存储、数学分析于一体的技术集合。
[0003]一种方式是经玮仪跟踪测量方式，跟踪设备布设在安全区，远距离对飞行目标成像并跟随目标摄像，但往往把目标近似于点目标，对位置和速度参数可很好测量，但对姿态测量难度大，如王旻著《外视场拼接测量技术及其实现》中所涉及，为扩大视场范围采取了拼接方式。但对于诸如子母弹爆破，多、小目标成像，仍然效果不理想。
[0004]另一种方法是凝视法，应用双目或多目凝视测量目标。李明晶所著文献《小_暗_多_快目标的分布式主动测量系统布站概念研宄》P15-40 ;详细介绍了双目以及多目测量的原理及布设方式，这种方式可以近距离测量目标，还介绍了可确定所摄入目标的脱靶量、速度、位置、姿态等参数计算方法，但此文献并未涉及具体系统设计问题。
【发明内容】
[0005]本发明为了克服现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种低成本，被毁伤后可以被随时更换的飞行目标姿态测量系统，具有低成本、高速成像、激光照明、远距离无人值守的特点的近距离飞行目标姿态测量系统。
[0006]本发明所采用的技术解决方案是一种近距离飞行目标姿态测量系统，包括前端凝视系统和后端处理及存储系统，以及连接这两个系统的光纤传输系统，所述前端凝视系统包括，激光主动照明部分，电子部分和光学系统，所述的激光主动照明部分的输入端与电子部分的输出端相连接，所述的光学部分的输入输出端与电子部分的输入输出端相连接；所述后端存储及处理系统包括计算机，采集卡和存储卡。
[0007]所述的电子部分的控制部分FPGA和单片机组成的控制器、COMS摄像机、步进电机、激光器和电源模块，所述的控制器包括:控制激光器的开关作为主动照明的光源的激光发射控制t旲块，控制尚速CMOS摄像机t旲块摄入尚速目标的CMOS摄像机t旲块，控制步进电机模块以便调整凝视系统镜头的姿态的步进电机控制模块和光纤传输模块；所述的COMS摄像机的输入输出端与CMOS摄像机模块的输入输出端相连接，所述的步进电机的输入输出端与步进电机控制模块的输入输出端相连接，所述的激光器的输入输出端与激光发射控制模块的输入输出端相连接，所述的电源模块的输出端分别于与控制器、COMS摄像机、步进电机和激光器的输入端相连接。
[0008]与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为:
一、提供了一种方法，利用低价凝视设备在靶场内布设以便测量飞行目标姿态，如果被毁伤则更换前端凝视设备即可，解决难于近距离测量具有毁伤性的飞行目标的问题。
[0009]二、前端凝视系统模块化设计，结构简单，成本低廉。
[0010]三、利用光纤做多路凝视系统的分布式布设，而存储、处理系统在则放置在安全区内，利用光纤传输，完成对高速运动目标的远程实时图像存储以及姿态测量。
[0011]四、前端凝视系统的电子设计部分，由FPGA+单片的构成，通过程序控制前端凝视设备的运转，设计具有独创性。
【附图说明】
[0012]图1是本发明系统示意图；
图2是本发明电子部分示意图。
【具体实施方式】
[0013]实施例1:
如图1至图2所示:一种近距离飞行目标姿态测量系统，包括前端凝视系统和后端处理及存储系统，以及连接这两个系统的光纤传输系统，所述前端凝视系统包括，激光主动照明部分，电子部分和光学系统，所述的激光主动照明部分的输入端与电子部分的输出端相连接，所述的光学部分的输入输出端与电子部分的输入输出端相连接；所述后端存储及处理系统包括计算机，采集卡和存储卡。激光主动照明部分主要由多个红外激光二极管(LD)阵列组成，前连接光学部分，后受电子部分信号控制。其中采集卡的接口应为光纤接口，所输入信号是光纤传输系统所输送的数据。存储卡的作用是对采集卡所接收的数据进行高速存储，由于本系统的带宽高，约为800MB/S，所以存储卡应用FLASH磁盘阵列构建。
[0014]所述的电子部分的控制部分FPGA和单片机组成的控制器、COMS摄像机、步进电机、激光器和电源模块，FPGA可选用赛灵思公司K7系列、单片机可选用新华龙公司出品8的C8051F310 ;所述的控制器包括:控制激光器的开关作为主动照明的光源的激光发射控制丰旲块，控制尚速CMOS摄像机t旲块摄入尚速目标的CMOS摄像机t旲块，控制步进电机t旲块以便调整凝视系统镜头的姿态的步进电机控制模块和光纤传输模块；所述的COMS摄像机的输入输出端与CMOS摄像机模块的输入输出端相连接，所述的步进电机的输入输出端与步进电机控制模块的输入输出端相连接，所述的激光器的输入输出端与激光发射控制模块的输入输出端相连接，所述的电源模块的输出端分别于与控制器、COMS摄像机、步进电机和激光器的输入端相连接。光纤传输模块，一方面把CMOS摄像机摄入的高速视频实时传输到后端存储、运算系统，另一方面接收后端处理及存储系统所发出的命令，并根据命令控制各个模块协调工作，完成远程控制。FPGA —部分是光纤传输模块(其可由4片TI公司的并串转换芯片TLK2501芯片或类似芯片构成)FPGA这部分的主要功能是:1、驱动光纤传输模块；
2、实时输送CMOS摄像机摄入视频给光纤传输模块；3、接收光纤传输模块收到的远端控制命令。FPGA的另一部分是CMOS摄像机模块，其作用是驱动CMOS摄像机中的CMOS芯片(可用CMOSIS公司的CMOS芯片CMV2000或类似芯片)，控制芯片摄像并把接收摄入视频进行缓存。FPGA还有一部分是激光发射控制模块，在外界环境不利于摄入高速目标是，控制红外激光二极管(LD)阵列发射照明光。步进电机模块是由单片机控制步进电机驱动芯片完成对步进电机的驱动、控制(步进电机驱动芯片可选用A3979或类似芯片)本发明前端凝视系统需2台步进电机分别控制方位和俯仰轴进行运动，以调节凝视系统对准目标区域；以上电路设计中所用IC芯片型号只具有参考意义，但不限定只使用如上芯片，具有完成其功能的芯片信号应可以替代，IC芯片以及其用法作为公开资料，本专利不要求保护。
[0015]系统工作时，前端凝视系统可以有若干个，当飞行目标飞掠靶场或落入目标区域时，后端存储、运算系统发出指令，命令各凝视系统的高速CMOS摄像机开始拍摄，飞行目标飞掠或着落视频通过光纤被实时传送给后端安全区内的高速存储设备中存储。飞行目标如果具有毁伤性，比如飞弹或子母弹，其命中目标或脱靶爆炸时在毁伤范围内的前端凝视系统可能被毁坏，但前端掩体内的光纤接口并不会被毁坏。只要更换前端凝视系统，整个测量系统就可以继续工作，而后端的昂贵设备并不会被影响，另外由于前端凝视系统采用模块化设计，CMOS摄像机、激光器、镜头、步进电机不可能全部毁坏，可检测后继续使用，同时由于系统的实时性，在爆炸瞬间，图像资料已经通过高速摄像机、光纤传输到后端存储系统中并记录。
[0016]下面说明下本发前端凝视系统的指标。
[0017]随着电子技术的发展，高速CMOS摄像机采用黑白可见光摄像机，利用其在红外区域有一定范围的感光性，通过激光辅助照明可以实现全天候使用，由于飞行目标速度较快，以CMOSIS公司的CMOS芯片CMV2000为例，前端电子部分可处理标准Full模式CameraLink协议1280x720分辨率下400f/s帧频的数据。光纤传输模块，以4片TLK2501为例，可传输约800MB/S带宽的视频数据，文献《一种高速数字信号采集、存储系统》申请号为“2013101404845”所揭示的高速数字信号采集、存储系统可以支持ΙΟΟΟΜΒ/s的数据实时存储。如上所述，无论从图像摄取、图像传输、图像存储，本系统都有能力在所要求的价格成本以及技术指标??围内实现。
[0018]以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
【主权项】
1.一种近距离飞行目标姿态测量系统，其特征在于:包括前端凝视系统和后端处理及存储系统，以及连接这两个系统的光纤传输系统，所述前端凝视系统包括，激光主动照明部分，电子部分和光学系统，所述的激光主动照明部分的输入端与电子部分的输出端相连接，所述的光学部分的输入输出端与电子部分的输入输出端相连接；所述后端存储及处理系统包括计算机，米集卡和存储卡。
2.根据权利要求1所述的近距离飞行目标姿态测量系统，其特征在于:所述的电子部分的控制部分FPGA和单片机组成的控制器、COMS摄像机、步进电机、激光器和电源模块，所述的控制器包括:控制激光器的开关作为主动照明的光源的激光发射控制模块，控制高速CMOS摄像机模块摄入高速目标的CMOS摄像机模块，控制步进电机模块以便调整凝视系统镜头的姿态的步进电机控制模块和光纤传输模块；所述的COMS摄像机的输入输出端与CMOS摄像机模块的输入输出端相连接，所述的步进电机的输入输出端与步进电机控制模块的输入输出端相连接，所述的激光器的输入输出端与激光发射控制模块的输入输出端相连接，所述的电源模块的输出端分别于与控制器、COMS摄像机、步进电机和激光器的输入端相连接。
3.根据权利要求1所述的近距离飞行目标姿态测量系统，其特征在于:所述的凝视系统至少2个，根据凝视法，应用双目或多目凝视测量目标的原理，在距离小于100米范围内布设在靶场区域或靶心。
4.根据权利要求2所述的近距离飞行目标姿态测量系统，其特征在于:所述的步进电机为2台，分别控制方位和俯仰轴进行运动。
【专利摘要】本发明提供一种用于近距离测量飞行目标姿态的系统，包括前端凝视系统和后端处理及存储系统，以及连接这两个系统的光纤传输系统，当飞行目标飞掠或击中靶心前，由后端存储、运算系统发出指令，通过光纤传递给各个前端凝视系统，各凝视系统的激光照明设备与高速摄像机开始工作，拍摄的图像实时经光纤传递给后端存储、运算系统存储。多摄像机近距离拍摄同一时刻的飞行目标，根据一些可知的计算方法，可测量飞行目标的姿态、速度、位置、击中靶心时的脱靶量等参数。而用于近距离拍摄的前端凝视系统的成本低廉，尤其适合某些具有毁伤性的飞行目标，脱靶爆炸时在毁伤范围内的前端凝视系统允许被毁坏，可作为耗材更换后，整个系统即可继续工作。
【IPC分类】H04N7-22, H04N7-18
【公开号】CN104869356
【申请号】CN201510158492
【发明人】乌日娜, 张岳, 岱钦, 姚俊
【申请人】沈阳理工大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年4月7日