一种基于双站观测的弹丸脱靶量在线自动检测方法及系统技术方案

本发明专利技术属于脱靶量评估检测技术领域，公开了一种基于双站观测的弹丸脱靶量在线自动检测方法及系统，对靶标进行定位跟踪并引导光电瞄准靶标；对靶标和水柱目标进行自动检测与识别并计算光电靶标和水柱的地理稳定方位；对靶球和水柱进行同步检测；对雷达、光电水柱进行融合确认，形成可信检靶测量信息；副站将可信检靶测量信息发送给主站，在主站中形成双站检靶测量数据库；主站对同时刻的多个光电水柱进行双站配对，并解算所配对光电水柱的位置以及水柱产生瞬时的靶标位置；主站解算本时刻所产生的多个弹丸水柱的脱靶量，上报远程指挥所，循环计算下一时刻的弹丸水柱脱靶量。本发明专利技术的方法具有检靶精度高、虚检率低、实时性好、自动化等优点。化等优点。化等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双站观测的弹丸脱靶量在线自动检测方法及系统


[0001]本专利技术属于脱靶量评估检测
，尤其涉及一种基于双站观测的弹丸脱靶量在线自动检测方法及系统。

技术介绍

[0002]目前，舰炮射击训练多采用对海上静止或运动靶标实弹射击的方式进行，如果弹丸没有命中靶标，弹丸落水时会形成弹丸水柱。因此，舰炮射击脱靶量测量的主要任务是准确测量各发弹丸水柱在产生瞬间与靶球间的相对位置，并解算成距离、方位等脱靶量数据。
[0003]基于雷达的弹丸水柱脱靶量测量方法是利用雷达探测靶标和弹丸水柱目标的距离和方位，计算出靶标和弹丸水柱各自所在位置，从而得到脱靶量。但利用雷达探测水柱时，海浪杂波会形成较大干扰，易将海浪错当作是弹丸水柱，造成脱靶量虚检，尤其在高海况天气下，这种虚检尤为严重。此外，雷达的探测扫描周期一般较大，探测频率较低，难以在水柱产生的瞬间立即进行检靶，存在有较大的检靶延迟，当使用高速运动靶标或水柱受风等影响快速移动时，雷达检靶延迟会造成不可容忍的脱靶量测量误差。
[0004]基于光电的弹丸水柱脱靶量测量方法是利用光电实时拍摄舰炮射击靶区视频图像，检测识别靶标和弹丸水柱目标，并计算脱靶量。然而，由于单个光电只能计算出靶标和弹丸所在的方位，不能得到靶标和弹丸水柱的具体位置，因此，一般需要部署两个光电观测站，利用两个光电各自探测到的靶球、水柱方位信息，采用交叉定位方法，计算出靶标和弹丸水柱的位置，从而得到脱靶量。光电能够在水柱产生的瞬间立即对其探测，检靶实时性较好，并且当双站光电对同一水柱的方位测量准确时，基于双站光电交叉定位的脱靶量检测方法也具有较高的精度。但是，在实际舰炮射击应用中，也存在着将浪花、白云等目标当作水柱的虚检情况，以及双站光电无法对同时产生的多个水柱（舰炮速射、齐射情况）准确配对，导致异常交叉的脱靶量错检问题。
[0005]可见，当前仅依靠雷达或光电的测量方法难以满足高精度、低虚检、低错检的脱靶量计算要求，并且现有无论是基于雷达还是基于光电的脱靶量检测都是离线完成的，即需要由人工处理雷达、光电采集的图像和数据，完成对弹丸水柱的人工识别以及脱靶量计算，这需要较长的人工处理时间和较大的工作量，检靶成绩评估的实时性有待提高。因此，为满足射击成绩评定需要，需采用新的方式、方法，提高弹丸脱靶量的精确、快速、智能化测量水平。
[0006]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：（1）利用雷达探测水柱时，海浪杂波会形成较大干扰，易将海浪错当作是弹丸水柱，造成脱靶量虚检，尤其在高海况天气下，这种虚检尤为严重。
[0007]（2）雷达的探测扫描周期一般较大，探测频率较低，难以在水柱产生的瞬间立即进行检靶，存在有较大的检靶延迟，当使用高速运动靶标或水柱受风等影响快速移动时，雷达检靶延迟会造成不可容忍的脱靶量测量误差。
[0008]（3）由于单个光电只能计算出靶标和弹丸所在的方位，基于单光电的弹丸水柱脱
靶量测量方法不能得到靶标和弹丸水柱的具体位置。
[0009]（4）在实际舰炮射击应用中，基于双站光电交叉定位的脱靶量检测方法存在将浪花、白云等目标当作水柱的虚检情况，以及双站光电无法对同时产生的多个水柱（舰炮速射、齐射情况）准确配对导致异常交叉的脱靶量错检问题。
[0010]（5）当前仅依靠雷达或光电的测量方法难以满足高精度、低虚检、低错检的脱靶量计算要求，并且现有脱靶量检测方法都是离线由人工处理完成的，这需要较长的人工处理时间和较大的工作量，检靶成绩评估的实时性有待提高。

技术实现思路

[0011]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于双站观测的弹丸脱靶量在线自动检测方法及系统，尤其涉及一种基于双站观测的弹丸脱靶量在线自动检测方法、系统、介质、设备及终端。
[0012]本专利技术是这样实现的，一种基于双站观测的弹丸脱靶量在线自动检测方法，基于双站观测的弹丸脱靶量在线自动检测方法包括：双站雷达对靶标进行定位跟踪并引导光电瞄准靶标；双站光电对靶标和水柱目标进行自动检测与识别；双站计算光电靶标和水柱的地理稳定方位；双站雷达对靶球和水柱进行同步检测；双站对雷达、光电水柱进行融合确认，形成可信检靶测量信息；确认水柱后，副站将可信检靶测量信息发送给主站，在主站中形成双站检靶测量数据库；主站对同时刻的多个光电水柱进行双站配对，并利用双站纯方位交叉定位方法解算所配对光电水柱的位置；主站利用双站纯方位交叉定位方法解算水柱产生瞬时的靶标位置；主站解算本时刻所产生的多个弹丸水柱的脱靶量，上报远程指挥所；返回靶标和水柱目标自动检测与识别步骤，循环计算下一时刻的弹丸水柱脱靶量。
[0013]进一步，基于双站观测的弹丸脱靶量在线自动检测方法包括以下步骤：步骤一，双站雷达设备对靶标进行探测与定位跟踪解算；双站指控系统利用本站雷达探测到的靶标位置，引导本站光电设备瞄准靶标进行光学视觉观测；步骤二，双站光电设备对本站光电图像上的靶球和弹丸水柱目标进行自动检测与识别；双站指控设备分别对本站光电设备上报的靶球与弹丸水柱目标，计算各自相对于本站的地理稳定坐标系方位；步骤三，双站雷达设备对靶球和弹丸水柱目标进行同步检测；双站指控设备融合本站光电、雷达、导航设备探测数据，对本站光电、雷达上报的水柱目标进行复合确认；步骤四，副站指控设备将本站确认后的光电、雷达、导航检靶数据，作为可信检靶测量信息；通过通信系统传输给主站指控设备，联合主站指控设备自己的可信检靶测量信息，形成双站检靶测量数据库；步骤五，主站指控设备利用双站检靶测量数据库中的双站光电、雷达、导航测量数据，对同一时刻出现的多个光电水柱进行双站配对；主站指控设备利用双站纯方位交叉定位，求解所匹配光电水柱的经纬度；步骤六，主站指控设备利用双站纯方位交叉定位，求解光电水柱探测时刻的靶标经纬度；主站指控设备根据求得靶标经纬度和弹丸水柱经纬度，计算出弹丸水柱落水瞬时相对于靶球的距离和方位，作为弹丸水柱的脱靶量检测结果，通过通信设备实
时上报给远程指挥所。
[0014]进一步，步骤一中的双站雷达设备对靶标进行探测与定位跟踪解算包括：系统上电后，双站雷达设备按照设定的周扫频率和探测量程，在射击靶区中搜索目标；双站雷达设备均稳定跟踪靶标目标，并对靶标相对与各观测站的距离和方位进行测量；结合双站导航设备测得的本站经纬度数据，各站的雷达设备均计算出靶标所在的经纬度位置，并向本站指控设备进行上报。
[0015]进一步，步骤一中的双站指控系统利用本站雷达探测到的靶标位置，引导本站光电设备瞄准靶标进行光学视觉观测包括：各站指控系统根据雷达设备上报的靶标经纬度位置(、)，利用导航设备实时感知的观测站航向、横摇、纵摇信息，利用下式计算出实时补偿观测站艏摇、横纵摇摆，实现光电对靶标瞄准观测的方位伺服角和俯仰伺服角，实时控制光电头方位、俯仰伺服转动，使得靶标稳定位于光电视场中心，以保持理想的光电检靶观测范围；。
[0016]进一步，步骤二中的双站光电设备对本站光电图像上的靶球和弹丸水柱目标进行自动检测与识别包括：采用基于YOLO V4神经本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双站观测的弹丸脱靶量在线自动检测方法，其特征在于，包括：双站雷达对靶标进行定位跟踪并引导光电瞄准靶标；双站光电对靶标和水柱目标进行自动检测与识别；双站计算光电靶标和水柱的地理稳定方位；双站雷达对靶球和水柱进行同步检测；双站对雷达、光电水柱进行融合确认，形成可信检靶测量信息；确认水柱后，副站将可信检靶测量信息发送给主站，在主站中形成双站检靶测量数据库；主站对同时刻的多个光电水柱进行双站配对，并利用双站纯方位交叉定位方法解算所配对光电水柱的位置；主站利用双站纯方位交叉定位方法解算水柱产生瞬时的靶标位置；主站解算本时刻所产生的多个弹丸水柱的脱靶量，上报远程指挥所；返回靶标和水柱目标自动检测与识别步骤，循环计算下一时刻的弹丸水柱脱靶量。2.如权利要求1所述的基于双站观测的弹丸脱靶量在线自动检测方法，其特征在于，基于双站观测的弹丸脱靶量在线自动检测方法包括以下步骤：步骤一，双站雷达设备对靶标进行探测与定位跟踪解算；双站指控系统利用本站雷达探测到的靶标位置，引导本站光电设备瞄准靶标进行光学视觉观测；步骤二，双站光电设备对本站光电图像上的靶球和弹丸水柱目标进行自动检测与识别；双站指控设备分别对本站光电设备上报的靶球与弹丸水柱目标，计算各自相对于本站的地理稳定坐标系方位；步骤三，双站雷达设备对靶球和弹丸水柱目标进行同步检测；双站指控设备融合本站光电、雷达、导航设备探测数据，对本站光电、雷达上报的水柱目标进行复合确认；步骤四，副站指控设备将本站确认后的光电、雷达、导航检靶数据，作为可信检靶测量信息；通过通信系统传输给主站指控设备，联合主站指控设备自己的可信检靶测量信息，形成双站检靶测量数据库；步骤五，主站指控设备利用双站检靶测量数据库中的双站光电、雷达、导航测量数据，对同一时刻出现的多个光电水柱进行双站配对；主站指控设备利用双站纯方位交叉定位，求解所匹配光电水柱的经纬度；步骤六，主站指控设备利用双站纯方位交叉定位，求解光电水柱探测时刻的靶标经纬度；主站指控设备根据求得靶标经纬度和弹丸水柱经纬度，计算出弹丸水柱落水瞬时相对于靶球的距离和方位，作为弹丸水柱的脱靶量检测结果，通过通信设备实时上报给远程指挥所。3.如权利要求2所述的基于双站观测的弹丸脱靶量在线自动检测方法，其特征在于，步骤一中的双站雷达设备对靶标进行探测与定位跟踪解算包括：系统上电后，双站雷达设备按照设定的周扫频率和探测量程，在射击靶区中搜索目标；双站雷达设备均稳定跟踪靶标目标，并对靶标相对与各观测站的距离和方位进行测量；结合双站导航设备测得的本站经纬度数据，各站的雷达设备均计算出靶标所在的经纬度位置，并向本站指控设备进行上报；步骤一中的双站指控系统利用本站雷达探测到的靶标位置，引导本站光电设备瞄准靶标进行光学视觉观测包括：各站指控系统根据雷达设备上报的靶标经纬度位置(、)，利用导航设备实时感知的观测站航向、横摇、纵摇信息，利用下式计算出实时补偿
观测站艏摇、横纵摇摆，实现光电对靶标瞄准观测的方位伺服角和俯仰伺服角，实时控制光电头方位、俯仰伺服转动，使得靶标稳定位于光电视场中心，以保持理想的光电检靶观测范围；；步骤二中的双站光电设备对本站光电图像上的靶球和弹丸水柱目标进行自动检测与识别包括：采用基于YOLO V4神经网络的改进图像处理算法，实现光电图像上靶球和弹丸水柱目标的自动检测与智能识别；依据靶标和弹丸水柱尺寸特点，对YOLO V4算法的锚定框进行优化选择；利用靶标和弹丸水柱目标均位于海天线的特点，基于海天线自动检测去除白云、浪花的干扰目标；基于YOLO V4算法对已腾起的较大弹丸水柱识别检测，利用同一弹丸水柱在前、后图像帧中像素位置变化不大的特点，基于水柱像素色差相关性，实现对弹丸水柱的倒序搜索，找到弹丸水柱刚产生的图像；将检测到各个水柱与靶球的像素位置向本站指控设备上报，实现在水柱刚产生的瞬时时刻进行检靶；步骤二中的双站指控设备分别对本站光电设备上报的靶球与弹丸水柱目标，计算各自相对于本站的地理稳定坐标系方位包括：对弹丸水柱相对于本站的地理稳定坐标系方位计算步骤如下：（1）当光电设备在时刻向指控设备上报一个弹丸水柱，水柱在光电图像上的像素位置为；（2）结合光电设备观测时的分辨率、视场角参数，计算出弹丸水柱在光电观测坐标系相对于光轴下的方位角和俯仰角，并由以下公式计算得到弹丸水柱所处光电观测坐标系下的单位指向；；（3）根据光电设备T时刻的方位伺服角θ
g
和俯仰伺服角φ
g
，由以下公式经过坐标变换，计算得到弹丸水柱在观测站平台不稳定坐标系下的单位指向；
；（4）利用本站导航设备输出的观测站航向、横摇、纵摇信息，由以下公式计算得到弹丸水柱相对于本站的地理稳定坐标系单位指向；；利用以下公式计算得到弹丸水柱相对于本站的地理北的地理稳定坐标系方位角，同时，利用上述同样的方法对靶球相对于本站的地理稳定坐标系方位角进行计算；。4.如权利要求2所述的基于双站观测的弹丸脱靶量在线自动检测方法，其特征在于，步骤三中的双站雷达设备对靶球和弹丸水柱目标进行同步检测包括：在光电观测的同时，每个观测站的雷达设备也对射击靶区内的靶球和出现的弹丸水柱目标同步进行周扫探测；结合导航设备测得的本站经纬度数据，各站雷达设备均计算出雷达所探测靶标和各个弹丸水柱目标所在的经纬度位置以及各自相对于本站的地理稳定坐标系方位，并向本站指控设备上报计算结果；步骤三中的双站指控设备融合本站光电、雷达、导航设备探测数据，对本站光电、雷达上报的水柱目标进行复合确认包括：将步骤二计算得到的光电水柱相对于本站的地理稳定坐标系方位，与邻近时段雷达所探测水柱的地理稳定坐标系方位进行比较；如果与某个雷达水柱的接近，则说明光电水柱同时被雷达探测到，则确认光电水柱为真实水柱；否则，光电水柱可能是白云、浪花的干扰目标，不予处理；将雷达设备上报的雷达水柱相对于本站的地理稳定坐标系方位，与邻近时段光电设备所探测水柱的地理稳定坐标系方位进行比较；如果与某个光电水柱的接近，则说明雷达水柱同时被光电探测到，确认雷达水柱为真实水柱；否则，雷达水柱是白云、浪花
...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯成旭，罗亚松，张建强，许江湖，胡生亮，夏清涛，刘志坤，童继进，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：