CN103412318A - 一种便携式红外目标定位仪及定位控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式红外目标定位仪及定位控制方法，采用非制冷红外焦平面的红外热成像系统，结构紧凑，方便携带，且能够继承更多的辅助设备，进而，集成提及比较小单精度比较高的电子罗盘，可以获取定位仪的角度变化，而基于定位单元可以获得定位装置当前的坐标，基于测距仪对目标的距离测量，配合电子罗盘的角度，就可以通过简单的三角函数计算得出目标的绝对位置，计算量非常小，从而，响应速度比较快，因此，可以保证目标位置定位的实时性。另外，由于不必依赖于目标侧的如定位信息，因此，应用上述方案具有更好的适应性。

Description

一种便携式红外目标定位仪及定位控制方法

技术领域

本发明涉及一种便携式红外目标定位仪及定位控制方法，属于光电观测技术领域。 

背景技术

能够快速获取目标的各种信息可以为后方进攻系统或预防系统提供目标方位指引，以增强打击与防御能力。手持热像仪可以为侦察人员提供对目标的昼夜观察能力。再辅以激光测距、方位仪及导航仪可以确定目标的位置。但这么多复杂仪器的携带势必会影响侦察人员的机动性和目标定位的快速性。 

目前手持热像仪功能单一，仅能实现对目标的观察，录像拍照等功能，采用制冷型机芯的热像仪体积大不能保证便携性。若在现有手持热像仪基础上集成众多功能模块将面临各模块的控制问题及信息显示问题。 

即便是对于能够继承较多功能模块的固定式红外目标定位设备当然仍然不能够实现本机端的对外部目标的准确定位，在于红外目标定位的不确定性、实时性、突发性等特点，无法对监控目标安装GPS、RFID标签等定位设备。如战场环境，显然不具备在敌人目标上设置本方定位设备，如如GPS、RFID标签等的条件。 

对于大型的固定式的红外目标定位设备，通过对视频内容的分析，并结合云台的角度以及监控摄像机的光学参数进行相应的计算，从而得出目标相对于监控摄像机的相对位置；这种获得目标的位置方法过于复杂，准确度较低，并且无法获取监控目标的绝对位置，显然过于复杂的配置也不适合于便携式红外目标定位仪。 

进而，当前采用激光测距装置对视频中的监控目标进行测距的配套方法，结合云台的角度得出监控目标相对于监控摄像机的相对位置；同样是仅仅获取了监控目标的相对位置而无法获取目标的绝对位置。 

发明内容

为此，本发明的目的在于提供一种便携式红外目标定位仪，在满足便携的情况下，对定位目标具备较好的实时性和适应性，因应所述便携式红外目标定位仪，还提出了一种定位控制方法。 

本发明采用以下技术方案： 

依据本发明的一个方面，一种便携式红外目标定位仪，包括红外热成像系统，所述红外热成像系统为基于非制冷红外焦平面的红外热成像系统，且所述目标定位仪进一步包括与所述红外热成像系统集成在一起的测距仪、定位单元和与红外热成像系统同步运动的电子罗盘，以及电气连接所述红外热成像系统、电子罗盘、测距仪和定位单元的控制单元；

其中，控制单元进一步电气连接有视频录放显控单元，而该视频录放显控单元则输出连接显示单元，输入连接所述红外热成像系统。

依据本发明的另一个方面，一种红外目标定位控制方法，包括以下步骤： 

1）将红外目标定位装置配置到位，测得其当前经纬度及高度，以及所配置电子罗盘原始的转角和俯仰角度；

2）手动定位目标，测量红外目标定位装置与目标之间的距离，并读取当前电子罗盘的转角和俯仰角度；

3）根据电子罗盘的俯仰角度，以及所测距离，依据三角函数计算出目标与红外目标定位装置之间的水平距离和高度差，然后依据电子罗盘的转角及所述水平距离计算出红外目标定位装置与目标之间的经纬度差，进而依据步骤1）获得的经纬度确定目标的经纬度。

依据本发明，从上述内容可知，采用非制冷红外焦平面的红外热成像系统，结构紧凑，方便携带，且能够继承更多的辅助设备，进而，集成提及比较小单精度比较高的电子罗盘，可以获取定位仪的角度变化，而基于定位单元可以获得定位装置当前的坐标，基于测距仪对目标的距离测量，配合电子罗盘的角度，就可以通过简单的三角函数计算得出目标的绝对位置，计算量非常小，从而，响应速度比较快，因此，可以保证目标位置定位的实时性。另外，由于不必依赖于目标侧的如定位信息，因此，应用上述方案具有更好的适应性。 

上述便携式红外目标定位仪，还包括与所述控制单元电气连接的接近开关，以探测是否有人靠近。 

上述便携式红外目标定位仪，所述测距仪为半导体激光测距仪。 

上述便携式红外目标定位仪，所述显示单元为双目镜的显示单元。 

上述便携式红外目标定位仪，用于人机交互的模块为与所述控制单元连接的按键模块。 

上述便携式红外目标定位仪，所述录放显控单元包括数字信号处理器、用于该数字信号处理器与所述控制单元连接的串行接口，以及与数字信号处理器连接的内部存储器、扩展存储器和视频接口电路，其中视频接口电路连接所述显示单元和所述红外热成像系统。 

附图说明

图1依据本发明的一种便携式红外目标定位仪的系统原理框图。 

图2 一种录放显控单元组成框图。 

图3一种显示主界面示意图。 

图4 一种主菜单界面显示图。 

具体实施方式

参照说明书附图1所示的便携式红外目标定位仪的系统原理，基于以下考量：集电子罗盘、测距仪、定位单元和红外成像于一体，能对地、对空、对海上目标进行全天候实时观察，尤其是夜间及恶劣天气条件下能发现并识别目标，并能定位目标GPS坐标及与观测仪至目标的距离。关于成像，也可以同时配置可见光成像部分，对整体的结构影响不大。 

进而，其包括观察目标的非制冷红外热成像系统08，用于测距的半导体激光测距仪101，一个用于获取观测点地理坐标的北斗模块103，一个用于测量目标水平角度及俯仰角度的电子罗盘104，用于判断是否有人接近显示单元的接近开关105，两个用于显示目标图像及信息的显示单元110,111，用于各模块控制及信息处理的控制单元106，用于录像抓拍及系统信息显示控制的录放显控单元109，用于设备操作的按键102以及设备供电单元107。所述控制单元与录放显控单元连接，两者传递显控信息。 

测距仪是根据光学、声学和电磁波学原理设计的，用于距离测量的仪器。这里优选使用光学测距，如前所述的半导体激光测距仪101，其结构相对比较紧凑。也可以使用声学测距仪，如超声测距仪，根据超声波遇到障碍物反射回来的特性进行测量的。超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即中断停止计时。 通过不断检测产生波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射超声波和接收到回波的时间差T，然后求出距离L。 

超声波测距仪，由于超声波受周围环境影响较大，所以一般测量距离比较短，测量精度比较低。目前使用范围不是很广阔，但价格比较低，一般几百元左右。 

再如红外测距仪，用调制的红外光进行精密测距的仪器，测程一般为1-5公里。利用的是红外线传播时的不扩散原理 ：因为红外线在穿越其它物质时折射率很小，所以长距离的测距仪都会考虑红外线，而红外线的传播是需要时间的，当红外线从测距仪发出碰到反射物被反射回来被测距仪接受到再根据红外线从发出到被接受到的时间及红外线的传播速度就可以算出距离。 

红外测距的优点是便宜，易制，安全，缺点是精度低，距离近，方向性差。不过由于配有电子罗盘，红外测距方形差的特点可以被电子罗盘所弥补。 

激光测距仪是目前使用最为广泛的测距仪，激光测距仪又可以分类为手持式激光测距仪（测量距离0-300米），望远镜激光测距仪（测量距离500-3000米）。 

通常10Km范围内，不需要考虑地球曲率对定位的影响，如前所述的测距最远3Km，只需要通过简单的三角函数计算就可以得到目标的坐标。 

所述的非制冷红外热成像系统采用氧化钒非制冷热成像机芯，可电动调焦的红外光学镜头，该红外热成像系统无挡片设计，保证视频无冻结显示与整机低功耗。 

国内目前常用的定位设备主要是GPS和我国自主设计的北斗导航用户端，GPS相对比较成熟，不过如果用到国防上，最好还是用我国自主设计的北斗导航用户端。 

另外这里所使用的电子罗盘，在一些条件下可以使用磁罗盘替代，不过磁罗盘更容易为外界所干扰，尤其是战场环境比较复杂，磁罗盘往往会受到干扰，精度不高。 

所述的便携式红外目标定位仪，控制单元106与激光测距仪101、红外热成像系统108、北斗模块103、电子罗盘104、录放显控单元109通过串口连接。与接近开关和设备供电单元通过I2C通信口连接。与操作按键102通过I/O口连接。该控制单元能配置为够根据从激光测距仪获得的目标距离、从电子罗盘获得的目标方向及从北斗模块获得的本机坐标信息计算出目标坐标信息。该控制单元能将计算结果信息与各模块信息通过串口发送给录放显控单元。本领域的技术人员易于实现相应控制。 

所述的便携式红外目标定位仪，其录放显控单元包括：数字信号处理器109.1、 DDR2 109.2、Flash 109.3、SD闪存109.4、VPBE接口109.6、视频编码DA部分109.7、视频放大部分109.8、VPFE接口109.9、UART串行口109.10、USB接口109.11、USB接口芯片109.5、电源接口109.12。所述的数字信号处理器通过VPBE接口、视频编码DA、视频放大与显示单元连接。通过VPFE接口与红外热成像系统连接。通过串行接口与控制单元连接。通过USB接口及USB接口芯片对外提供USB接口。 

所述的便携式红外目标定位仪，显示单元主界面显示信息包括：中心视场十字叉、方位指示标尺、目标距离位置信息、电池电量等。录像时屏幕右上角显示“REC”标示。所述的显示信息十字叉位于屏幕中心，水平方位标尺显示位于屏幕上方偏左，俯仰标尺显示位于屏幕左边，箭头指示当前设备指示的方位角。目标距离及目标位置坐标显示位于屏幕右下角。电池电量指示位于屏幕右上角。 

所述的便携式红外目标定位仪信息显示控制方法技术方案，包括以下流程： 

a.控制单元根据当前操作获得模块信息，这些信息包括操作按键信息、激光测距信息、电子罗盘方向信息、观测点位置信息、电池电量等。每种信息用一条指令表示。

b．控制单元通过串口将信息指令发送给录放显控单元。 

c．录放显控单元接收到信息指令，根据当前模式完成信息的添加或菜单的调整。录放显控单元工作在两种模式：菜单模式或工作模式。菜单模式下接收按键信息指令。工作模式下接收罗盘、激光测距信息指令、目标位置信息指令及录像按键指令。 

d．录放显控单元在菜单模式下时，在显示单元显示各模块的状态信息。当更改各模块状态时，录放显控单元通过串口将状态指令发送给控制单元，由控制单元完成对各模块的控制。 

依据上述结构的一种红外目标定位控制方法，包括以下步骤： 

1）将红外目标定位装置配置到位，测得其当前经纬度及高度，以及所配置电子罗盘原始的转角和俯仰角度；

2）手动定位目标，测量红外目标定位装置与目标之间的距离，并读取当前电子罗盘的转角和俯仰角度；

3）根据电子罗盘的俯仰角度，以及所测距离，依据三角函数计算出目标与红外目标定位装置之间的水平距离和高度差，然后依据电子罗盘的转角及所述水平距离计算出红外目标定位装置与目标之间的经纬度差，进而依据步骤1）获得的经纬度确定目标的经纬度。

更具体地，如图1所示的结构原理，包括观察目标的非制冷红外热成像系统108，用于测距的半导体激光测距仪101，一个用于获取观测点地理坐标的北斗模块103，一个用于测量目标水平角度及俯仰角度的电子罗盘104，用于判断是否有人接近显示单元的接近开关105，两个用于显示目标图像及信息的显示单元110,111，用于各模块控制及信息处理的控制单元106，用于录像抓拍及系统信息显示控制的录放显控单元109，用于设备操作的按键102以及设备供电单元107。控制单元与激光测距仪，红外热成像系统，北斗模块，电子罗盘，录放显控单元通过UART串口连接。与接近开关和设备供电单元通过I2C通信口连接。与操作按键通过I/O口连接。红外系统通过BT656格式的数字视频与视频录放显控单元连接。 

如图2所述视频录放显控单元包括：数字信号处理器109.1、 DDR2 109.2、Flash 109.3、SD闪存109.4、VPBE接口109.6、视频编码DA部分109.7、视频放大部分109.8、VPFE接口109.9、UART串行口109.10、USB接口109.11、USB接口芯片109.5、电源接口109.12。所述的数字信号处理器通过VPBE接口、视频编码DA、视频放大与显示单元连接。通过VPFE接口与红外热成像系统连接。通过串行接口与控制单元连接。通过USB接口及USB接口芯片对外提供USB接口。 

其中数字信号处理器接收红外系统的数字视频信号及来自控制单元的显控信息，将两者叠加后通过VFBE接口将显示视频信息发送给视频编码DA芯片。DA芯片输出的模拟复合视频信号经放大后分两路输出到显示单元。DDR2为数字信号处理器提供了程序运行空间和视频缓存空间。Flash存放系统映像、字库文件等。SD闪存存放经数字信号处理器压缩后的录像及抓拍的图片。录像及图片可通过USB接口导出。 

如图3，在观测目标时显示内容包括：中心视场十字叉110.1、水平方位指示标尺110.2、俯仰方位指示标尺110.3、目标距离位置信息110.6、电池电量110.5。启动实时录像时屏幕右上角显示“REC”标示110.4。十字叉位于屏幕中心，在对目标进行定位时，目标应位于屏幕十字叉中心点上。水平方位标尺显示位于屏幕上方偏左，箭头及下方数字代表十字叉指向的水平方位，俯仰标尺显示位于屏幕左边，箭头及右方数字代表十字叉指向的俯仰方位。方向值由电子罗盘测得并经控制单元传递给视频录放显控单元，该值的更新频率为1hz。目标距离及目标位置坐标显示位于屏幕右下角。电池电量指示位于屏幕右上角。 

 如图4，在调用菜单进行功能设置时显示内容包括：北斗电源控制开关、电子罗盘电源开关、激光测距电源开关、热成像控制、录像模式、录像查询六个选项。选择箭头代表当前选择的选项。箭头的上下控制来自控制单元传递的按键信息指令由视频录放显控单元完成箭头位置的修改并将各模块修改后的状态信息反馈给控制单元，由控制单元完成对各模块的控制。 

Claims (7)

1.一种便携式红外目标定位仪，包括红外热成像系统，其特征在于，所述红外热成像系统为基于非制冷红外焦平面的红外热成像系统，且所述目标定位仪进一步包括与所述红外热成像系统集成在一起的测距仪、定位单元和与红外热成像系统同步运动的电子罗盘，以及电气连接所述红外热成像系统、电子罗盘、测距仪和定位单元的控制单元；

其中，控制单元进一步电气连接有视频录放显控单元，而该视频录放显控单元则输出连接显示单元，输入连接所述红外热成像系统。

2.根据权利要求1所述的便携式红外目标定位仪，其特征在于，还包括与所述控制单元电气连接的接近开关，以探测是否有人靠近。

3.根据权利要求1所述的便携式红外目标定位仪，其特征在于，所述测距仪为半导体激光测距仪。

4.根据权利要求1所述的便携式红外目标定位仪，其特征在于，所述显示单元为双目镜的显示单元。

5.根据权利要求1所述的便携式红外目标定位仪，其特征在于，用于人机交互的模块为与所述控制单元连接的按键模块。

6.根据权利要求1至5任一所述的便携式红外目标定位仪，其特征在于，所述录放显控单元包括数字信号处理器、用于该数字信号处理器与所述控制单元连接的串行接口，以及与数字信号处理器连接的内部存储器、扩展存储器和视频接口电路，其中视频接口电路连接所述显示单元和所述红外热成像系统。

7.一种红外目标定位控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将红外目标定位装置配置到位，测得其当前经纬度及高度，以及所配置电子罗盘原始的转角和俯仰角度；

2）手动定位目标，测量红外目标定位装置与目标之间的距离，并读取当前电子罗盘的转角和俯仰角度；

3）根据电子罗盘的俯仰角度，以及所测距离，依据三角函数计算出目标与红外目标定位装置之间的水平距离和高度差，然后依据电子罗盘的转角及所述水平距离计算出红外目标定位装置与目标之间的经纬度差，进而依据步骤1）获得的经纬度确定目标的经纬度。

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