艇、地、机组合监控方法及监控系统与流程

本发明涉及一种组合监控方法及监控系统，尤其涉及一种艇、地、机组合监控方法及监控系统。本发明属于浮空器领域，具体涉及系留艇、无人机、地面监控站集成于一辆多功能车上，实现长期滞空、区域搜索+快速前出、抵近侦查配合联动，完成监控、探测、预警等多用途作业任务。

背景技术：

无论是微型系留艇还是无人机，均存在各自的功能缺陷。微型系留艇虽然可长期滞空、凝视监控，但部署时间长，不能实现抵近探测，在探测距离和精准探测上存在不足；无人机可前出探测，但有效载荷能力低，连续工作时间有限，不能实现持续警戒探测，在探测时间和广域探测上存在不足。

为同时实现多载荷并行作业，达到长期滞空和选择性抵近探测的目的，若既配备系留艇系统又配备无人机系统，各自均包括昂贵的车载设备，系留艇一般由两车一艇构成，即一辆锚泊车、一辆氢气保障车和一个系留艇。无人机一般由一车一机构成，即一辆指控车和一架无人机。因此，既配备系留艇系统又配备无人机系统构建的监控系统庞大、集成性差、成本高。若采用仅配备系留艇的空中监控系统，为实现搜索与跟踪一体化，有效载荷、地面系统、保障系统等的代价又会显著增大。传统系留艇要实现探测与识别，需要携带较大重量的载荷设备。例如，如果单独使用系留艇监控，系留艇升空200m，要实现60km半径范围内的探测识别功能，载荷设备总重量大约需要60kg。

另外在单机或单系统探测系统中，平台仅是前置传感器，探测数据缺乏必要的数据处理、数据融合等手段，分系统信息无法互联互通，反馈响应不及时，实用性较差。

国内和国外一般只单独对系留艇、无人机进行研究，尚无对于系留艇、无人机、地面监控站集成于一辆多功能车上进行组合监控的方法。

技术实现要素：

本发明要解决的问题是提供一种可及时响应、多功能覆盖的高性价比空中监控系统，能够弥补单机和单系统短板，同时实现空间纵向和横向、速度和时间的多维度功能需求，实现信息互联互通和瞬时响应反馈，在具有高度集成特性，系统功能梯度升级的同时，成本大幅度降低，具有很强的实用性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种艇、地、机组合监控方法，设置多功能车、系留艇囊体、无人机、载荷设备，多功能车上设置有地面监控站，所述载荷设备包括分别安装于系留艇囊体、无人机上的搜索载荷设备、跟踪识别载荷设备，所述系留艇囊体、无人机、载荷设备均与地面监控站连接，所述搜索载荷设备用于进行区域搜索，所述跟踪识别载荷设备用于进行抵近侦查，所述艇、地、机组合监控方法包括如下步骤：

(1)将系留艇囊体展开成形并升空至工作高度；

(2)利用系留艇囊体上的搜索载荷设备进行区域搜索；

(3)通过搜索载荷设备搜索到目标,搜索载荷设备对搜索到的目标进行确认；

(4)搜索载荷设备对目标的状态参数进行测量，并将目标的状态参数传送给地面监控站；

(5)地面监控站控制无人机起飞，无人机根据步骤(4)的状态参数对搜索载荷设备搜索到的目标进行抵近跟踪识别；

(6)无人机上的跟踪识别载荷设备对目标进行持续跟踪和识别辨认；

(7)无人机上的跟踪识别载荷设备得到目标的光电成像结果，并将光电成像结果发回至地面监控站(302)，所述光电成像结果由可见光图像构成或由可见光图像和红外图像的迭加构成；

(8)地面监控站对步骤(7)中得到的光电成像结果进行处理，显示目标的外形轮廓，并对目标进行判别；

(9)完成监控后，将无人机、系留艇囊体进行回收。

本发明中，利用系留艇囊体上安装的搜索载荷设备进行初步搜索，搜索到目标设备后，再利用无人机进行搜索。同时具备搜索和跟踪识别功能的无人机一般为中大型无人机，其成本高、使用操作维护复杂，本发明利用系留艇进行区域搜索，无人机只需抵近跟踪识别，将功能分布后，系留艇、无人机、载荷系统都更加简单，使用维护操作简便，成本极大降低，而总体性能并不会下降。地面监控站用于对系留艇设备、无人机设备进行控制，并对搜索载荷设备进行区域搜索的结果和跟踪识别载荷设备进行抵近侦查的结果进行处理。搜索载荷设备、跟踪识别载荷设备可通过光缆或通信系统与地面监控站连接。

上述技术方案中，所述的步骤(3)中，搜索载荷设备通过多次扫描确认和/或轨迹扫描的方式对搜索到的目标进行确认，还包括对目标进行识别编号和/或设置目标的威胁级别。通过对目标进行识别编号和/或设置目标的威胁级别，可以同时对多个目标进行观察，而且可以对目标的重要性进行区分，便于后续利用无人机进行抵近跟踪识别。

上述技术方案中，所述的步骤(4)中，搜索载荷设备通过测距或测角的方式对目标的状态参数进行测量，所述目标的状态参数包括目标的方位、距离、速度、航向。

上述技术方案中，所述的步骤(7)中，无人机(201)上的跟踪识别载荷设备得到目标的运动特征和/或辐射特征和/或温度特征和/或灰度特征和/或成像特征，利用目标的点目标特征和面目标特征的数据库知识和/或目标的运动特征和/或辐射特征和/或温度特征和/或灰度特征和/或成像特征得到目标的光电成像结果。

上述技术方案中，所述的步骤(8)中，地面监控站对光电成像结果进行处理的过程中，通过人工判断和/或通过已有的目标特性库进行比对和/或通过设置自动识别系统对目标进行判别。

本发明还提供一种艇、地、机组合监控系统，包括多功能车、系留艇囊体、无人机、载荷设备，多功能车上设置有地面监控站，所述载荷设备包括安装于系留艇囊体上的搜索载荷设备和安装于无人机上的跟踪识别载荷设备，所述系留艇囊体、无人机、载荷设备均与地面监控站连接，所述搜索载荷设备用于进行区域搜索，所述跟踪识别载荷设备用于进行抵近侦查。

本发明中，利用系留艇囊体上安装的搜索载荷设备进行初步搜索，搜索到目标设备后，再利用无人机进行搜索。同时具备搜索和跟踪识别功能的无人机一般为中大型无人机，其成本高、使用操作维护复杂，本发明利用系留艇进行区域搜索，无人机只需抵近跟踪识别，将功能分布后，系留艇、无人机、载荷系统都更加简单，使用维护操作简便，成本极大降低，而总体性能并不会下降。地面监控站用于对系留艇设备、无人机设备进行控制，并对搜索载荷设备进行区域搜索的结果和跟踪识别载荷设备进行抵近侦查的结果进行处理。搜索载荷设备、跟踪识别载荷设备可通过光缆或通信系统与地面监控站连接。

进一步地，所述多功能车上还设置有与所述系留艇囊体连接的系留艇气源系统、系留绞盘、锚泊塔，所述系留艇气源系统用于为系留艇囊体充浮升气体，所述系留绞盘用于将所述系留艇囊体升空至工作高度以及将系留艇囊体回收，所述锚泊塔用于锚泊所述系留艇囊体。

进一步地，所述多功能车上还设置有弹射起飞系统、撞网回收系统，所述弹射起飞系统用于辅助无人机的起飞，所述撞网回收系统用于将无人机回收。所述弹射起飞系统设置于所述锚泊塔上。

进一步地，所述地面监控站包括信号接收单元、信号处理与控制单元、无线通讯单元，所述信号接收单元、无线通讯单元均与信号处理与控制单元连接。

进一步地，所述跟踪识别载荷设备包括可见光摄像机和/或红外热像仪。通过大小视场切换，可见光摄像机实现白天目标场景的成像侦查，红外热像仪实现白天不良天气和夜间目标场景成像侦查。通过可见光摄像机和红外热像仪互为补充，一方面通过可见光图像上迭加红外图像(画中画)提升成像效果，另一方面拓展成像光谱侦查范围。

本发明具有的优点和积极效果是：

(1)突破囊体折叠及自控展开充气技术，并将气源系统、囊体、系留绞盘、锚泊塔与多功能车集成，实现系留艇的快速展开充气，快速部署升空；

(2)创造性地将系留艇锚泊系统、气源系统、无人机弹射和回收系统、地面监控站等设备集成于一辆多功能车上，实现整个系统紧密融合、转场灵活机动；

(3)多功能车可实现艇、地、机组合监控系统的转运、系留艇的锚泊、无人机的弹射回收，并且该多功能车还可用于地面监控站的信息处理平台，作为整个系统的信息处理平台；

(4)采用系留艇和无人机互补的组网模式，通过系留艇搭载搜索载荷设备、无人机搭载跟踪识别载荷设备，通过地面监控站实现信息互联互通，交叉融合处理，一方面可实现快速和长航时、广域搜索和抵近侦查的需求，另一方面可实现高概率探测、高可靠识别；

(5)艇、地、机组合监控系统通过将载荷分布布局，使得单机要求降低、总体指标提升、成本显著下降，使用范围更广。

(6)本发明中，无人机与系留艇结构高度集成，可以实现系留艇的自动展开及撤收。此结构集成过程中要突破多功能锚泊车空间合理利用及结构优化及自动化设计、囊体高压缩比折叠、高压氦气储存、无人机弹射系统与系留艇锚泊塔集成、无人机回收系统与多功能锚泊车的集成等一系列结构设计难题。

(7)本发明的功能分布、结构简化，性能却得到提升。在本发明中，要实现60km半径范围的探测与识别，将无人机与系留艇结合使用，系留艇用于探测功能，无人机用于识别功能，因此系留艇仅需携带30kg的载荷设备重量，因此系留艇的体积可以更小，结构更为简单，而无人机仅需携带10kg的载荷设备重量。同时，相比于利用系留艇进行识别，无人机可以更接近于目标，由无人机进行抵近识别的图像更清晰，目标识别概率更高。这样讲探测与识别功能分布后，总的载荷重量降低，结构更为简单，探测识别功能更佳。

(8)本发明中，监控系统融合处理，系留艇和无人机单独使用时，都有一套监控系统。本发明中，将系留艇和无人机的监控系统集成为一套，有如下优点：监控系统硬件配置只需一套，软件集成优化，并可同时监控两者状态信息；通过监控系统实现信息互联互通，交叉融合处理，综合探测和识别信息，实现高概率探测、高可靠识别。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的艇、地、机组合监控系统的总体配置图；

图2是本发明的艇、地、机组合监控方法的流程示意图；

图中，101、系留艇囊体，102、系留艇气源系统，201、无人机，202、弹射起飞系统，203、撞网回收系统，301、多功能车，302、地面监控站，303、系留绞盘，304、锚泊塔，305、集装箱

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1-2所示，一种艇、地、机组合监控系统，包括系留艇、无人机201、地面设备和载荷设备。所述系留艇包括艇体、地面锚泊系统。所述无人机201包括机体、弹射起飞系统202、回收系统。所述地面设备包括多功能车301、地面监控站302，其中多功能车301集成了系留艇锚泊系统、气源系统、无人机弹射和回收系统、地面监控站302，该多功能车301可用于艇、地、机组合监控系统的转运、系留艇的锚泊、无人机201的弹射起飞和回收，还可用于地面监控站302的信息处理操作平台，实现艇、地、机组合监控系统的信息交互融合，实现整个系统的指挥及控制。载荷设备包括搜索载荷设备和跟踪识别载荷设备，搜索载荷设备安装于系留艇腹部，实现长期滞空和区域搜索；跟踪识别载荷设备安装于无人机201腹部，实现抵近侦查。

艇、地、机组合监控系统，包括系留艇、无人机201、地面设备和载荷设备。

利用系留艇搭载搜索载荷设备实现长期滞空和区域搜索；利用无人机201搭载跟踪识别载荷设备实现快速前出、抵近侦查；利用地面设备的多功能车301将系留艇、无人机201、载荷设备集成，实现快速机动部署，利用地面设备的地面监控站302实现搜索载荷设备、跟踪识别载荷设备的信息融合处理以及指挥协调工作，从而实现艇、地、机的组合监控功能。

如图1所示的本发明的艇、地、机组合监控系统包括系留艇囊体101、系留艇气源系统102、无人机201、弹射起飞系统202、撞网回收系统203、多功能车301、地面监控站302、系留绞盘303、锚泊塔304、集装箱305。

本发明提供了系留艇系统，系留艇为常规系留艇或非常规形状系留艇，利用浮升气体将搜索载荷设备搭载升空；所述系留艇系统包括：系留艇囊体101、系留艇气源系统102。多功能车301上还设置有容纳装置，容纳装置可容纳系留艇囊体101，容纳装置的面板可展开。容纳装置可采用集装箱。系留艇囊体101通过气源系统102快速充浮升气体并在集装箱305内展开成形，并搭载搜索载荷设备升空；搜索载荷设备一般安装于囊体腹部。系留艇气源系统102主要用于为系留艇提供浮升气体。

本发明提供了无人机系统，所述无人机系统无人机201包括：弹射起飞系统202、撞网回收系统203。无人机201为常规或非常规无人机，主要用于搭载跟踪识别设备，进行抵近侦查，可实现快速前出、抵近侦查。弹射起飞系统202用于无人机201的弹射起飞，主要为无人机201起飞提供一定的初始速度，使无人机201具备一定动升力，从而顺利起飞；弹射起飞系统202集成于多功能车301的锚泊塔304上。撞网回收系统203，用于无人机完成任务后的回收，根据具体使用情况采用撞网或其他回收方式，撞网回收系统203集成于多功能车301上。

本发明提供了载荷设备，载荷设备主要用于区域搜索和抵近侦查识别目标。载荷设备包括：搜索载荷设备、跟踪识别载荷设备。搜索载荷设备搭载于系留艇囊体101上，在系留艇囊体101升空到一定高度进行探测，主要用于区域搜索目标。跟踪识别载荷设备搭载于无人机201上，利用无人机201进行抵近侦查，主要用于对搜索的目标进行跟踪及识别，根据目标特性辨别是否为威胁目标。

地面设备包括：多功能车301、地面监控站302。

多功能车301上设置有地面监控站302、集装箱305、锚泊塔304、弹射起飞系统202、撞网回收系统203、系留绞盘303，无人机的弹射起飞系统202安装于锚泊塔304上。多功能车301可用于艇、地、机组合监控系统的转运、系留艇的锚泊、无人机的弹射起飞和回收，还可用于地面监控站302的信息处理操作平台，实现艇、地、机组合监控系统的信息交互融合，实现整个系统的指挥及控制。

地面监控站302用于艇、地、机组合监控系统的信息交互融合，实现整个系统的指挥及控制，完成整个系统的组合监控功能。地面监控站302包括信号接收单元、信号处理与控制单元、无线通讯单元，所述信号接收单元、无线通讯单元均与信号处理与控制单元连接。信号接收单元用于接收跟踪识别载荷设备和搜索载荷设备所采集的信号；信号处理与控制单元用于对采集的信号进行处理，并对无人机201、系留艇囊体101进行控制；地面监控站302与无人机201、系留艇囊体101通过无线通讯单元进行通信。

多功能车301上还设置有系留绞盘303、锚泊塔304。系留绞盘303与系留艇囊体101连接，可用于系留艇缆绳的收放，实现系留艇的升空回收以及系留艇的滞空高度调节。锚泊塔304可用于系留艇的锚泊。

集装箱305用于系留艇囊体101的折叠放置、系留艇气源系统102的放置，系留艇囊体101可在集装箱305内自动充气展开成形，集装箱305在系留艇囊体101充气展开成形过程中，四周的面板自动展开成一个操作平面。

本发明提供一种艇、地、机组合监控方法，所述艇、地、机组合监控方法包括如下步骤：

(1)将系留艇囊体101展开成形并升空至工作高度；

(2)利用系留艇囊体101上的搜索载荷设备进行区域搜索；

(3)通过搜索载荷设备搜索到目标，搜索载荷设备对搜索到的目标进行确认；

(4)搜索载荷设备对目标的状态参数进行测量，并将目标的状态参数传送给地面监控站302；

(5)地面监控站302控制无人机201起飞，无人机201根据步骤(4)的状态参数对搜索载荷设备搜索到的目标进行抵近跟踪识别；

(6)无人机201上的跟踪识别载荷设备对目标进行持续跟踪和识别辨认；

(7)无人机201上的跟踪识别载荷设备得到目标的光电成像结果，并将光电成像结果发回至地面监控站302，所述光电成像结果由可见光图像构成或由可见光图像和红外图像的迭加构成；

(8)地面监控站302对步骤(7)中得到的光电成像结果进行处理，显示目标的外形轮廓，并对目标进行判别；

(9)完成监控后，将无人机201、系留艇囊体101进行回收。

如图2所示，本发明中提出的上述艇、地、机组合监控方法具体包括如下步骤：

(1)系留艇滞空值班

系留艇囊体101搭载搜索载荷设备等设备升空至指定高度，切换至滞空值班模式，设备上电开机运行。

(2)扫描管控区域

通过搜索载荷设备对指定区域进行全方位搜索扫描。

(3)发现并标记目标

扫描过程中，通过多次扫描确认、轨迹扫描、测速测角等途径，发现确认目标，可以通过手动或自动的方式对目标进行识别编号。

(4)获取目标信息

通过测距、测角估算等多种方式，获取被测目标的方位、距离、速度、航向等状态参数，并将目标信息传给地面监控站302进行显示。

(5)无人机抵近侦查

持续跟踪目标，无人机201根据高威胁级别目标的角度、位置等信息，进行抵近侦查。

(6)光电跟踪观察

无人机201利用搭载的跟踪识别载荷设备对锁定目标进行持续跟踪，直至识别辨认，其中跟踪识别载荷设备一般可采用可见光设备和红外设备。可见光设备为可见光摄像机，红外设备为红外热像仪。

(7)光电成像

无人机(201)上的跟踪识别载荷设备得到目标的光电成像结果，并将光电成像结果发回至地面监控站(302)，所述光电成像结果由可见光图像构成或由可见光图像和红外图像的迭加构成。通过大小视场切换，可见光摄像机实现白天目标场景的成像侦查，红外热像仪实现白天不良天气和夜间目标场景成像侦查，利用各类型目标点目标和面目标特征数据库知识，利用运动特征、辐射特征、温度特征、灰度特征和成像特征等红外特征及融合特征对目标类别进行识别及成像。通过可见光和红外互为补充，一方面通过可见光图像上迭加红外图像(画中画)提升成像效果，另一方面拓展成像光谱侦查范围。

(8)目标预警

地面监控站302显示光电/红外的目标外形轮廓，一方面可以通过人工进行判断，一方面通过已有的目标特性库进行比对，此外还可以设置地图禁区、自动识别系统等多种方式进行自动报警。

(9)值班结束

一个滞空监视周期结束后，无人机201通过回收系统进行回收。通过缆绳将系留艇101拉回至地面，进入锚泊状态或者牵引至艇库进行检修。本次值班周期结束。

在本发明所述艇、地、机组合监控系统的工作过程中，系留艇囊体101利用系留艇气源系统102快速充浮升气体，并在集装箱305内展开成形，同时，集装箱305四周的面板自动展开成一个操作平面，系留艇囊体101充气完成后通过系留塔304锚泊，进行搜索载荷设备安装，安装准备完毕后通过系留绞盘303慢慢升空至工作高度，利用搜索载荷设备进行区域搜索。

同时，无人机201搭载跟踪识别载荷设备进行起飞准备，当系留艇搭载的搜索载荷设备发现目标后，搜索载荷设备将信号传递给地面监控站302，地面监控站控制弹射起飞系统202和无人机201，使得搭载跟踪识别载荷设备的无人机201通过弹射起飞系统202进行弹射起飞，利用跟踪识别载荷设备对搜索载荷设备搜索到的目标进行抵近跟踪识别，辨别目标特性，发回至地面监控站302，由地面监控站302进行处理。任务完成后，无人机201通过安装于多功能车301上的撞网回收系统203进行回收，系留艇利用系留绞盘303回收，通过锚泊塔304进行锚泊，等待地面监控站302的下一次工作指令。

应当理解的是，以上结合附图和实施例对本发明所进行的描述只是说明而非限定性的，且在不脱离如所附权利要求书所限定的本发明的前提下，可以对上述实施例进行各种改变、变形、和/或修正。