便携防空导弹无人值守系统及工作方法与流程

本发明涉及导弹武器总体，具体地，涉及一种便携防空导弹无人值守系统及工作方法。

背景技术：

1、目前，便携式防空导弹的使用方式为操作人员肩扛发射，在目视能见度的条件下，拦截低空超低空来袭的固定翼飞机、直升机等目标。由于导弹发射时，导弹发动机会产生强烈的声光效果，极易暴露自身位置，因此操作手面临很高的风险。另一方面，红外导引头的便携式防空导弹，在发射前导引头需要完成目标截获，由于导引头的视场角约2°，人工操作比较困难，拦截快速目标时，很容易错失发射窗口。因此很容易错失发射窗口。

2、专利文献cn117685824a公开了一种便携式防空导弹自动发射系统，能够通过光电跟踪设备跟踪目标，控制自动发射架伺服随动，引导导弹捕获目标，完成导弹发射。系统包括自动发射架、电气控制箱、光电跟踪设备、操控台、供电设备、供气设备。然而该专利无法完全解决目前存在的技术问题，也无法满足本发明的需求。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种便携防空导弹无人值守系统及工作方法。

2、根据本发明提供的便携防空导弹无人值守系统，包括：指控模块、数据采集模块、供电模块、供气模块、显控模块、导弹模块、通信模块、发射模块、图像采集与处理模块、伺服液压模块；

3、所述导弹模块包括便携防空导弹和导弹发射箱，所述便携防空导弹的导引头为红外导引头，所述便携防空导弹安装于所述导弹发射箱内；

4、所述发射模块包括发控设备和发射架，所述发控设备用于控制所述便携防空导弹的发射，所述发控设备用于控制所述便携防空导弹的红外导引头开机以及关机，所述发射架用于为所述导弹发射箱提供安装平台；

5、所述数据采集模块包括导弹数据采集设备，所述导弹数据采集设备用于采集便携防空导弹的数据，并将采集的数据发送给所述伺服液压模块以及所述指控模块；

6、所述供电模块包括地面电源，所述地面电源用于给所述便携防空导弹在发射前提供电源；

7、所述供气模块包括地面气源，所述地面气源用于给所述便携防空导弹的红外导引头提供用于制冷的气源；

8、所述指控模块包括指控计算机，所述指控计算机用于接收及处理所述数据采集模块、所述图像采集与处理模块、所述通信模块的指令信息与数据信息，并向所述供电模块、所述供气模块、所述通信模块、所述发射模块、所述伺服液压模块发送指令信息与数据信息；

9、所述显控模块包括手持式显控终端，所述手持式显控终端用于为操作手远程操控提供操作平台；

10、所述通信模块包括无线通信设备，所述无线通信设备为操作手远程操控提供通信连接；

11、所述图像采集与处理模块包括图像采集与处理设备、360°全景摄像头、安装在所述便携防空导弹发射箱侧面的摄像头，所述图像采集与处理模块用于完成图像拍摄、图像采集、图像融合、目标识别以及双目测距工作；

12、所述伺服液压模块包括发射架转台伺服电机、发射架起竖臂液压系统、伺服液压控制计算机，所述伺服液压模块用于根据所述图像采集与处理模块、所述数据采集模块、所述指控模块发送的指令信息与数据信息，控制所述发射架的俯仰角及方位角。

13、优选地，所述导弹模块包括9枚便携防空导弹，每一枚防空导弹的导引头均为红外导引头，红外导引头的视场角为2°，9枚便携防空导弹的导引头融合的视场范围为圆，视场角为4°；每一枚防空导弹的导引头均安装万向支架，导弹进入准备状态后，导引头的万向支架解锁，令导引头在导弹静止状态下进行导引头偏转，跟踪目标；由于导引头偏转状态下跟踪目标时，导引头视线与导弹轴线存在一个夹角，夹角为φ；每枚便携防空导弹均安装于导弹发射箱内，共9个发射箱，9个发射箱统称发射箱组合，发射箱组合安装在所述发射架上。

14、优选地，所述数据采集模块采集9枚便携防空导弹的数据，采集的数据中，包括所述夹角φ；

15、所述供电模块可以控制9枚便携防空导弹中任意1枚便携防空导弹电源的提供与断开，所述供电模块具备同时为多枚便携防空导弹提供电源的能力；

16、所述供气模块可以控制9枚便携防空导弹中任意1枚便携防空导弹气源的提供与断开，所述供气模块具备同时为多枚便携防空导弹提供气源的能力；

17、所述发射模块中的发控设备控制9枚便携防空导弹中任意1枚便携防空导弹发射，控制9枚便携防空导弹中任意1枚便携防空导弹的导引头开机以及关机。

18、优选地，所述通信模块包含两台无线通信设备，一台为操作手携带，另一台为无人值守设备配备，无人值守设备配备的无线通信设备的天线安装在升降杆上，升降杆升至最高的高度不低于3m，两台无线通信设备之间的通信距离不小于3km。

19、优选地，所述图像采集与处理模块中的360°全景摄像头数量为1台，安装在所述升降杆上，拍摄的图像视场范围为：俯仰角0～80°，方位角0～360°；

20、所述图像采集与处理模块中的安装在所述便携防空导弹发射箱侧面的摄像头数量为2台，拍摄的图像视场范围为：俯仰角0～40°，方位角0～90°。

21、优选地，所述图像采集与处理模块中的图像采集与处理设备的硬件包括图像采集板与图像处理器；

22、图像采集板负责完成1台360°全景摄像头、2台安装在便携防空导弹发射箱侧面的摄像头拍摄图像的采集；

23、图像处理器安装图像融合软件、图像识别软件和双目测距软件，图像处理器利用图像融合软件完成2台安装在便携防空导弹发射箱侧面的摄像头拍摄图像的融合，并且提供融合图像的图像中心像素点坐标位置；图像处理器利用图像识别软件完成融合图像中空中目标的识别，并且提供目标中心在融合图像中的像素点坐标位置；图像处理器完成融合图像中心与目标中心这两个像素点坐标位置之间的偏差量dev；图像处理器利用双目测距软件，基于双目测距原理，根据2台安装在便携防空导弹发射箱侧面的摄像头拍摄的图像，完成目标距离r的计算。

24、优选地，所述伺服液压模块中的发射架转台伺服电机负责所述发射架的方位角控制，角度控制范围为0～360°，实现0～360°范围内所述发射箱组合任意方位角的指向；

25、所述伺服液压模块中的发射架起竖臂液压系统负责所述发射架的俯仰角控制，角度控制范围为0～80°，实现0～80°范围内所述发射箱组合任意俯仰角的指向。

26、优选地，所述伺服液压模块中的发射架转台伺服电机与发射架起竖臂液压系统经过配合，根据所述图像采集与处理模块、所述数据采集模块、所述指控模块发送的指令信息与数据信息，共同完成所述发射箱组合在0～360°的方位角与0～80°俯仰角空间范围内任意角度的指向。

27、根据本发明提供的便携防空导弹无人值守系统工作方法，包括：

28、步骤s1：系统准备，便携防空导弹无人值守系统中所有设备开机，升降杆升高，操作手通过手持式显控终端，进行远程操作；

29、步骤s2：图像搜索，360°全景摄像头负责对俯仰角0～80°，方位角0～360°范围内的图像进行拍摄，并将图像信息发送给图像采集与处理模块，图像采集与处理模块负责目标识别，识别出目标后，将包含目标的图像发送至手持式显控终端，由操作手进行目标确认；

30、步骤s3：图像跟踪，操作手确认目标后，伺服液压模块调转发射架，利用360°全景摄像头提供的目标方位及俯仰信息，令发射架指向目标；2台安装在便携防空导弹发射箱侧面的摄像头进行拍摄，并将图像信息发送给图像采集与处理模块，图像采集与处理模块负责对2台安装在便携防空导弹发射箱侧面的摄像头拍摄的图像进行融合，在融合图像中识别出目标；图像采集与处理模块实时计算融合图像中心与目标中心这两个像素点坐标位置之间的偏差量dev，并将dev发送给伺服液压模块；伺服液压模块实时调整发射架角度，令dev保持为0，使得融合图像中心与目标中心重合，由于所述发射箱组合中心与融合图像中心重合，所以当dev保持为0时，发射箱组合中心与目标中心重合；图像采集与处理模块基于双目测距原理，根据2台安装在便携防空导弹发射箱侧面的摄像头拍摄的图像，完成目标距离r的计算；

31、步骤s4：导引头开机，指控模块根据目标距离r，下达指令给供电模块、供气模块，给所有9枚导弹提供电源及气源，指控模块下达指令给发射模块，令所有9枚导弹导引头开机；

32、步骤s5：导引头搜索，指控模块下达角度调整指令给伺服液压模块，令发射架以目标为中心，进行8°×8°空域的摆动，所有9发导弹的导引头在8°×8°空域范围内同时进行目标搜索；当第n发导弹的导引头截获目标后，n∈(1，9)，数据采集模块将第n发导弹的目标截获信号发送给指控模块；指控模块收到第n发导弹的目标截获信号后，下达指令给发射模块，令除第n发导弹以外所有导弹导引头关机，同时指控模块下达指令给供电模块、供气模块，断开除第n发导弹以外所有导弹的电源及气源；指控模块下达指令给发控模块，令第n发导弹进入准备状态，第n发导弹进入准备状态后，导引头的万向支架解锁，令导引头在导弹静止状态下进行导引头偏转，跟踪目标；由于导引头偏转状态下跟踪目标时，导引头视线与导弹轴线存在一个夹角，夹角为φ，数据采集模块实时采集夹角φ，并将φ发送给指控模块与伺服液压模块；伺服液压模块实时调整发射架角度，令φ保持为0，保证目标始终处于第n发导弹轴线中心；

33、步骤s6：人工确认，指控模块综合夹角φ、目标距离r数据，判断满足发射条件后，将可发射指令发送给手持式显控终端；图像采集与处理模块将2台安装在便携防空导弹发射箱侧面的摄像头拍摄的图像拍摄的融合图像实时发送给手持式显控终端，手持式显控终端在融合图像中增加9枚导弹导引头视场范围，当某一枚导弹导引头截获目标时，该导弹导引头视场范围变为红色；手持式显控终端收到可发射指令后，操作手综合手持式显控终端显示的图像信息，判断是否可以发射；

34、步骤s7：目标拦截，操作手判断可以发射后，通过手持显控终端发送发射指令给发射模块，发射模块负责令第n发导弹进行目标拦截；

35、步骤s8：系统恢复，目标拦截任务完成后，人工装填筒弹，令9枚导弹满配，人工补充供电模块及供气模块。

36、优选地，所述步骤s5中，指控模块下达角度调整指令给伺服液压模块，令发射架以目标为中心，按照5个特定分布进行摆动，5个分布均停留160ms，共计800ms；完成全部搜索的一个周期，需要完成5次切换，每次完成切换的时间为40ms，共计200ms；完成5个特定分布摆动的一个周期共计1000ms；每个周期的初始分布，伺服液压模块根据融合图像中心与目标中心间的偏差量dev，调整所述发射箱组合角度，令dev保持为0，从而保证9枚导弹导引头在每个周期的初始搜索位置在目标中心。

37、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

38、(1)本发明提供的便携式防空导弹无人值守系统具备自动搜索、自动跟踪功能，在作战阶段，需要人工干预的工作仅为目标确认以及下达发射指令，并且操作手仅需携带手持式显控终端以及无线通信设备，即可远程完成上述工作，可以确保人员安全；特别的，无人值守系统可以放置在危险地带，比如在城市巷战中，放置在楼顶等位置，操作手可以隐蔽在安全地点，长时间执行危险地带的防空任务；

39、(2)本发明提出的便携防空导弹无人值守系统搭载9枚防空导弹，相比单枚导弹，9枚防空导弹导引头静止状态下的视场角为4°，通过指控模块下达角度调整指令给伺服液压模块，可以令9枚防空导弹以目标为中心进行摆动，摆动空域为8°×8°，9枚导弹导引头在这8°×8°的空域范围内，同时对目标进行搜索，显著增加导弹发射前导引头截获概率，并且系统具备自动搜索、自动跟踪能力，当9枚导弹中任意1枚导弹具备发射条件，即可在人工确定后实施进行目标拦截，可以有效避免错失发射窗口现象的发生。