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機(jī)場(chǎng)高空瞭望系統(tǒng)是機(jī)場(chǎng)對(duì)飛機(jī)起降過程進(jìn)行觀察、監(jiān)視和跟蹤的重要設(shè)備，目前發(fā)達(dá)國家已普遍裝備使用本類設(shè)備，以達(dá)到監(jiān)控機(jī)場(chǎng)起降狀況、及時(shí)清除安全隱患、保證航空安全的目的。隨著國內(nèi)外反恐形勢(shì)的不斷變化，更突顯出對(duì)該類設(shè)備的迫切需求。深圳華瑞通研制的系統(tǒng)具有全天候、跟蹤速度快、覆蓋面廣、作用距離遠(yuǎn)、圖像穩(wěn)定、高清晰的特點(diǎn)，能為飛機(jī)起降、安全控制提供裝備技術(shù)上的強(qiáng)力支持。

機(jī)場(chǎng)高空瞭望系統(tǒng)是針對(duì)跟蹤監(jiān)視飛機(jī)起降過程需要而設(shè)計(jì)的圖像穩(wěn)定綜合處理系統(tǒng)，它集成了多種高性能成像系統(tǒng)和精密伺服控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的指向器安裝在機(jī)場(chǎng)的跑道起降端，顯控臺(tái)安裝在控制室內(nèi)。系統(tǒng)組合采用高性能高清攝像系統(tǒng)進(jìn)行觀察、搜索監(jiān)視、跟蹤目標(biāo)，能高效的發(fā)現(xiàn)、識(shí)別和確認(rèn)目標(biāo)。

系統(tǒng)功能規(guī)劃圖：

本次無人飛機(jī)起降光電跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)，就是采用了先進(jìn)的陀螺穩(wěn)定技術(shù)和計(jì)算機(jī)圖像處理及控制技術(shù)，能有效地高速鎖定目標(biāo)。該系統(tǒng)可以根據(jù)用戶的要求，靈活選配多種規(guī)格的光學(xué)鏡頭、高清攝像機(jī)、紅外熱像儀等。系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：

1) 采用高端圖像傳感器和智能圖像處理模塊，顯著提高產(chǎn)品性能；

2) 可以組合使用多種主被動(dòng)光學(xué)傳感器，無論是在晴朗的白天、漆黑的夜間、能見度不佳的霧天，都能有效發(fā)現(xiàn)、捕獲目標(biāo)；

3) 采用先進(jìn)的智能圖像處理技術(shù)、自動(dòng)小目標(biāo)動(dòng)態(tài)跟蹤技術(shù)，圖像穩(wěn)定清晰；

4) 采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)，擴(kuò)展性好，維修方便；

5) 采用“三防”、密封設(shè)計(jì)技術(shù)，利于惡劣環(huán)境長(zhǎng)期使用；

6) 采用了先進(jìn)的陀螺伺服穩(wěn)定技術(shù)，有效隔離強(qiáng)風(fēng)引起的搖擺。

7) 全中文控制界面，操作直觀方便。

在機(jī)場(chǎng)跑道兩端安裝飛機(jī)起降安全跟蹤監(jiān)控-光電智能跟蹤監(jiān)控?cái)z像機(jī)系統(tǒng)，對(duì)飛機(jī)起降全程進(jìn)行跟蹤監(jiān)控，同時(shí)機(jī)場(chǎng)雷達(dá)聯(lián)動(dòng)，在飛機(jī)起降過程中出現(xiàn)偏離航線時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別并發(fā)出預(yù)警信號(hào)，可與飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，在預(yù)警后系統(tǒng)自動(dòng)提示正確航線軌跡，修正導(dǎo)航設(shè)施，讓飛機(jī)重新回歸到正確航線；以加強(qiáng)飛機(jī)起降的安全管理。

規(guī)劃圖如下：

機(jī)場(chǎng)起降跟蹤系統(tǒng)的主要功能如下：

1）通過機(jī)場(chǎng)安裝的高精光學(xué)鏡頭，對(duì)機(jī)場(chǎng)跑道空域進(jìn)行24小時(shí)成像，實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)場(chǎng)飛機(jī)起降狀況；第三代高精度智能控制板采用對(duì)焦深度自適應(yīng)快速對(duì)焦算法，實(shí)現(xiàn)超大視場(chǎng)自適應(yīng)快速對(duì)焦，該算法在保持調(diào)焦精度的前提下，能夠在大視場(chǎng)內(nèi)快速聚焦，實(shí)現(xiàn)平均對(duì)焦時(shí)間小于0．5S，一次性對(duì)焦成功率高達(dá)95％。

在機(jī)場(chǎng)指揮中心采用智能跟蹤監(jiān)視軟件，與機(jī)場(chǎng)雷達(dá)聯(lián)動(dòng)后實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)的起降過程實(shí)時(shí)自動(dòng)追蹤；

2）在飛機(jī)起降航線兩側(cè)設(shè)置警戒線，當(dāng)飛機(jī)偏離航線越過警戒線時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別并發(fā)出報(bào)警信號(hào)；

3）系統(tǒng)通過傳輸設(shè)備將前端視頻信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)接入機(jī)場(chǎng)指揮中心，供突發(fā)事件的指揮決策提供參考；

4）實(shí)時(shí)記錄周邊的視頻圖像資料，為現(xiàn)場(chǎng)情況的事后回現(xiàn)提供豐富的資料。

晝夜成像功能

可見光成像系統(tǒng)的彩色模式非常適合天氣晴朗、能見度良好的狀況下的觀察監(jiān)視識(shí)別；黑白模式則具有較高的視頻分辨率和低照度成像能力

具有手動(dòng)搜索、捕獲和自動(dòng)跟蹤目標(biāo)的功能

該系統(tǒng)操作十分方便。通過手動(dòng)操縱單桿可以在不同的轉(zhuǎn)速下對(duì)空中目標(biāo)進(jìn)行搜索、觀察和監(jiān)視，對(duì)需要監(jiān)視的目標(biāo)可轉(zhuǎn)入自動(dòng)跟蹤狀態(tài)。

具有良好的視軸穩(wěn)定功能

光電指向器采用球形結(jié)構(gòu)，具有風(fēng)阻小，抗風(fēng)能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)；采用陀螺穩(wěn)定系統(tǒng)能夠有效地隔離因強(qiáng)風(fēng)造成的安裝平臺(tái)搖擺，從而保持光電攝像系統(tǒng)的穩(wěn)定，得到清晰、穩(wěn)定的圖像，而且保證目標(biāo)圖像始終在電視屏幕上而不丟失。

具有目標(biāo)手動(dòng)、自動(dòng)跟蹤鎖定功能

采用先進(jìn)的圖像處理和識(shí)別技術(shù)、目標(biāo)自動(dòng)跟蹤技術(shù)，使要求跟蹤的目標(biāo)保持在電視視場(chǎng)中心。

具有雷達(dá)引導(dǎo)跟蹤功能

通過接入雷達(dá)系統(tǒng)的引導(dǎo)信號(hào)實(shí)現(xiàn)雷達(dá)與光電的聯(lián)動(dòng)，充分發(fā)揮雷達(dá)作用距離遠(yuǎn)、光電系統(tǒng)成像直觀的優(yōu)點(diǎn)，及時(shí)捕捉到目標(biāo)。

具有偏離航線預(yù)警功能

A. 水平方向航線預(yù)警

Ⅰ.雷達(dá)聯(lián)動(dòng)預(yù)警：該方式預(yù)警率為100%；采用視頻圖像與機(jī)場(chǎng)雷達(dá)聯(lián)動(dòng)，利用雷達(dá)的空管性能，當(dāng)飛機(jī)在起降過程中將雷達(dá)探測(cè)到的信號(hào)提供給終端平臺(tái)，系統(tǒng)平臺(tái)通過內(nèi)置算法，通過計(jì)算自動(dòng)將雷達(dá)提供的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成云臺(tái)角度值，對(duì)飛機(jī)進(jìn)行鎖定跟蹤監(jiān)控，當(dāng)飛機(jī)在起降過程中出現(xiàn)偏離航線的情況時(shí)，后發(fā)出告警信息給云臺(tái)控制系統(tǒng)，云臺(tái)接收到信息后鎖定報(bào)警飛機(jī)，視頻圖像重點(diǎn)監(jiān)控該飛機(jī)，并發(fā)出預(yù)警信號(hào)給后臺(tái)管理平臺(tái)，在監(jiān)控中心管理軟件中彈出報(bào)警界面，顯示報(bào)警飛機(jī)的重要視頻信息。

Ⅱ.視覺分析預(yù)警：如果飛機(jī)進(jìn)入跑道上空后水平方向的飛行線路為直線狀態(tài)，即以跑道寬度對(duì)應(yīng)到空中位置上去區(qū)域的直線，可利用視頻圖像分析系統(tǒng)，在跑道上空對(duì)應(yīng)航道兩側(cè)外圍各設(shè)置一道虛擬警戒線，當(dāng)飛機(jī)在起降過程中偏離航線，跨越警戒線時(shí)，視頻圖像分析系統(tǒng)設(shè)備產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)報(bào)警信號(hào)給終端管理系統(tǒng)，在管理監(jiān)控中心管理軟件平臺(tái)中彈出報(bào)警飛機(jī)畫面窗口，實(shí)現(xiàn)偏離航線報(bào)警功能。

B．垂直方向航線預(yù)警

對(duì)系統(tǒng)軟件做二次開發(fā)，將飛機(jī)起降時(shí)垂直方向航線軌跡數(shù)據(jù)編輯到系統(tǒng)軟件中，在系統(tǒng)軟件中預(yù)先設(shè)計(jì)出一條標(biāo)準(zhǔn)軌跡路線數(shù)據(jù)庫。監(jiān)控系統(tǒng)與雷達(dá)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)跟蹤，飛機(jī)在起飛\降落過程中，根據(jù)雷達(dá)提供的飛機(jī)在空間點(diǎn)對(duì)應(yīng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)值（飛機(jī)空間坐標(biāo)經(jīng)緯度）系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)繪出一條當(dāng)前運(yùn)動(dòng)軌跡，該軌跡與系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫軌跡路線進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)發(fā)現(xiàn)偏離時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)做出判斷并發(fā)出預(yù)警信息；從而實(shí)現(xiàn)垂直方向偏離航線的監(jiān)控跟蹤自動(dòng)識(shí)別預(yù)警功能。

如圖中所示，整個(gè)飛機(jī)起飛的全程跟蹤監(jiān)控：

系統(tǒng)組成

系統(tǒng)主要由安裝于室外的指向器、現(xiàn)場(chǎng)控制柜和安裝于指揮中心的顯控設(shè)備三部分組成，現(xiàn)場(chǎng)控制柜和顯控設(shè)備之間采用光纖/電纜連接。

室外指向器 可集成高性能可見光攝像傳感器、紅外熱像儀、激光照明器、兩軸轉(zhuǎn)臺(tái)、陀螺伺服穩(wěn)定系統(tǒng)等部分組成。

1) 可見光攝像傳感器由二可變長(zhǎng)焦自動(dòng)聚焦鏡頭和高性能高清攝像機(jī)組成。

2) 轉(zhuǎn)臺(tái)：由方位座、俯仰包及支撐結(jié)構(gòu)組成。

3) 陀螺伺服穩(wěn)定系統(tǒng)：由直流力矩電機(jī)、直流測(cè)速電機(jī)、陀螺、旋轉(zhuǎn)變壓器等組成。

現(xiàn)場(chǎng)控制柜包括：主控機(jī)箱、伺服驅(qū)動(dòng)器、低壓電源等。

室內(nèi)顯控設(shè)備包括高性能工作站、軌跡球、專用的操控鍵盤（帶操控桿），以及21寸液晶顯示屏。

系統(tǒng)的組成原理框圖如下圖所示。

工作方式

（1） 單桿手動(dòng)搜索方式

由操作人員手動(dòng)操縱單桿，控制系統(tǒng)接收到操作員的操縱信息后，驅(qū)動(dòng)指向器掃描搜索目標(biāo)。

（2） 自動(dòng)扇掃搜索方式

由操作人員設(shè)定一定的方位觀察范圍，自動(dòng)對(duì)空搜索跟蹤目標(biāo)。

（3） 手動(dòng)跟蹤目標(biāo)方式

操作人員在屏幕上發(fā)現(xiàn)可疑目標(biāo)后，手動(dòng)操縱單桿，控制系統(tǒng)接收操作人員的操縱信息，驅(qū)動(dòng)指向器，使目標(biāo)始終成像在光學(xué)系統(tǒng)視場(chǎng)中心部分。

（4） 自動(dòng)跟蹤目標(biāo)方式

操作人員在屏幕上發(fā)現(xiàn)感興趣的目標(biāo)后，手動(dòng)捕獲目標(biāo)，系統(tǒng)自動(dòng)鎖定目標(biāo)進(jìn)入自動(dòng)跟蹤狀態(tài)。在目標(biāo)運(yùn)動(dòng)過程中，不需進(jìn)一步的操作干預(yù)，控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)精密軸系使目標(biāo)始終成像在光學(xué)系統(tǒng)視場(chǎng)中心。

(5) 雷達(dá)引導(dǎo)方式

操作人員將系統(tǒng)設(shè)定為雷達(dá)導(dǎo)引工作狀態(tài)后，可實(shí)時(shí)接收雷達(dá)發(fā)出的目標(biāo)方位和仰角信息，光電系統(tǒng)根據(jù)雷達(dá)的目標(biāo)指示信息進(jìn)行自動(dòng)搜索、鎖定和跟蹤指定目標(biāo)。

自動(dòng)跟蹤原理

系統(tǒng)采用數(shù)字跟蹤技術(shù)，通過采集視頻圖像信號(hào)、數(shù)字圖像處理、目標(biāo)識(shí)別，分離出目標(biāo)信號(hào)和背景信息，獲得被跟蹤目標(biāo)相對(duì)視軸的脫靶量。如果目標(biāo)未處于視軸中心，則將脫靶量作為偏差量，經(jīng)校正控制計(jì)算后驅(qū)動(dòng)隨動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，使視軸趨于指向目標(biāo)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)有兩種跟蹤處理算法，可以根據(jù)實(shí)際情況選擇最佳的跟蹤方式。