НАЗЕМНЫЙ ТРАНСПОРТНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ И РАСПОЗНАВАНИЯ ОБЪЕКТОВ
GROUND TRANSPORT SYSTEM FOR DETECTION AND RECOGNITION OF OBJECTS

Изобретение относится к области оптико-электронных устройств слежения, преимущественно к наземному комплексу для обнаружения и распознавания объектов, который включает транспортное средство (автомобиль), внутри базового шасси которого размещена аппаратура технического контроля и наблюдения за территорией береговой зоны и прибрежных (речных, озерных, морских) районов охраняемых объектов, обнаружения и распознавания объектов слежения.
Наиболее близким по совокупности существующих признаков аналогом к заявленному изобретению (прототипом) является наземный транспортный комплекс для обнаружения и распознавания объектов по патенту РФ №2352480, B60R 1/00 на изобретение с приоритетом от 24.07.2007 г.
Известный наземный транспортный комплекс для обнаружения и распознавания объектов содержит транспортное средство, преимущественно выполненное в виде автомобиля, в задней части крыши кузова которого образованы два люка, а салон разделен поперечной силовой перегородкой на два отсека: водительский и аппаратный. В последнем установлены соединенные с приводами два подъемно-мачтовых приспособления, включающих стойки, верхние части которых снабжены опорно-поворотными средствами с установленными на них и соединенными с системой электропитания радиоэлектронными датчиками системы обнаружения и распознавания объектов, выполненными с возможностью прохождения через соответствующие люки и размещения в рабочем положении над крышей кузова автомобиля. Над датчиками закреплены крышки люков, а средство управления датчиками и средство отображения данных установлены на силовой перегородке.
Один радиоэлектронный датчик комплекса выполнен в виде радиолокационной станции, снабженной магнитным компасом, а другой объединяет в себе тепловизор, видеокамеру и лазерный дальномер.
Каждое опорно-поворотное средство выполнено с возможностью перемещения в двух плоскостях: азимутальной и угломестной.
Нижний конец каждой стойки закреплен на полу аппаратного отсека салона автомобиля посредством опорной плиты, а верхний соединен с силовой перегородкой посредством кронштейна.
На каждой стойке ниже опорно-поворотного средства закреплена дополнительная крышка для перекрытия люка в рабочем положении комплекса.
Средство управления датчиками и средство отображения данных установлены на силовой перегородке либо со стороны водительского отсека салона автомобиля, либо со стороны его аппаратного отсека, либо врезаны в нее.
В переднюю панель водительского отсека комплекса встроены монитор для контроля управления режимами работ систем комплекса и УКВ радиостанция.
Водительский или аппаратный отсек салона автомобиля оборудован креслом оператора, установленным с возможностью вращения вокруг вертикальной оси и перемещения вдоль продольной оси автомобиля.
Комплекс может быть оборудован выносным прожектором и/или сигнально-громкоговорящей установкой, а также бензоагрегатом и/или дополнительной аккумуляторной батареей, входящей в систему электропитания оборудования комплекса.
Основные датчики комплекса - оптико-электронный модуль (ОЭМ) и радиолокационный модуль (РЛМ) размещены на двух унифицированных конструкциях, представляющих собой подъемно-мачтовые приспособления со стойками (ПМУ) с закрепленными на них в верхней части опорно-поворотными средствами (ОПУ), управляемыми с помощью электродвигателей.
Входящие в комплекс радиолокационный и оптико-электронный модули связаны единым алгоритмом управления, обработки, документирования, отображения и передачи информации.
Электродвигатели ПМУ размещаются на полу отсека, на стойке ПМУ закреплена нижняя крышка люка, а сама стойка крепится к полу с помощью опорной плиты, а к силовой перегородке в верхней части с помощью кронштейна.
На усиленном полу в аппаратном отсеке кроме ПМУ с электродвигателями размещены и закреплены блок вторичного электропитания и на специальных опорных стойках, установленных в вырезах кожухов надколесных ниш, аккумуляторные батареи СТ 190.
Аппаратура, расположенная на ОПУ ПМУ, поднимается из походного (нерабочего) в рабочее положение с помощью приводов и ременных передач специального профиля.
Конструкция каждого ПМУ имеет две крышки: верхнюю и нижнюю и рассчитана таким образом, чтобы в походном положении люки в крыше автомобиля герметично закрывались верхними крышками, а в рабочем положении - нижними.
Аппаратура, размещенная на ОПУ, имеет возможность вращаться со скоростями до 65 градусов в двух плоскостях (азимутальной и угломестной) в пределах допустимых углов поворота. Кроме того, ОПУ обеспечивают сканирование размещаемой на них аппаратуры в пределах 360 градусов по азимуту и ±30 градусов от горизонта по углу места. Это достигается наличием в каждом ОПУ двух приводов, состоящих из электродвигателя, ременной передачи, шкивов и датчика угла, а также контроллера, обрабатывающего приходящие на него с процессорных блоков команды управления.
РЛМ - это твердотельная цифровая когерентная радиолокационная станция (РЛС) 3-х см диапазона с системой селекции движущихся целей (СДЦ). РЛС имеет системы автоматического сопровождения движущихся целей с отображением информации на фоне цифровой карты местности, а также режим прослушивания доплеровских сигналов от целей на наушниках и вывода этих сигналов (спектров) в графическом виде на монитор РМО.
Дальность обнаружения человека с помощью входящей в предложенный комплекс РЛС составляет 5 км, а грузового автомобиля - 12 км. Станция имеет высокую точность измерения координат: 5 м по дальности и 4 градуса по углу.
РЛС обеспечивает режим управления ОЭМ (режим целеуказания), в котором оптическая ось оптико-электронного модуля автоматически доворачивается на выбранную оператором комплекса цель, а также режимы документирования информации о целях, взятых на сопровождение (с последующим просмотром обстановки), и вывода звуковых сигналов от цели на наушники.
Однако и этот комплекс имеет недостатки. В частности, сложную и медленную систему развертывания, при которой необходимо соблюдать определенный алгоритм подъема и относительной работы оптико-электронного и радиолокационного модулей во избежание их повреждения. К тому же, прототип имеет довольно низкую скорость вращения опорно-поворотных устройств в азимутальной плоскости, узкий диапазон и низкую скорость их перемещения по углу места. Помимо этого, прототип не надежен вследствие высокой степени уязвимости операционных систем Windows и неудобен в использовании по причине того что, изображения с трех устройств (видеокамеры, радиолокационной станции и тепловизора) поступают всего лишь на два монитора. При этом когерентная радиолокационная станция требует специализированной подготовки оператора для распознания целей на фоне ложных отметок, которые не позволяют отделить на экране реальный объект от виртуального. Также недостатком прототипа является отсутствие возможности скрытного передвижения в ночное время. Все это ведет к потере времени, имеющего большое значение для успеха операции.
Задачей, поставленной авторами данной разработки, является создание такого наземного малогабаритного транспортного комплекса, с помощью которого можно было бы с высокой степенью четкости и объективности обнаруживать и идентифицировать любые объекты. Кроме того, задачей, поставленной авторами, является упрощение конструкции комплекса, повышение эффективности и надежности его работы.
Техническим результатом, достигнутым при решении поставленной задачи, является повышение скорости обнаружения и распознавания объектов за счет того, что опорно-поворотное устройство оптико-электронной системы выполнено с возможностью вращения в азимутальной плоскости с более высокой скоростью и перемещения по углу места также с более высокой скоростью и в более широком диапазоне. Кроме того, техническим результатом является упрощение конструкции и повышение скорости развертывания комплекса за счет возможности использования только одного подъемно-мачтового устройства. В то же время, техническим результатом, достигнутым при решении поставленной задачи, является повышение удобства и эффективности работы комплекса за счет оптимизации и рационализации совместной работы оптико-электронной системы и смежных устройств, а также за счет возможности передачи информации по каналу Ethernet внешним потребителям. Кроме того, техническим результатом является обеспечение скрытности передвижения комплекса в ночное время.
Сущность изобретения состоит в том, что в наземном транспортном комплексе для обнаружения и распознавания объектов, включающем наземное транспортное средство, систему электропитания и оптико-электронную систему, содержащую видеокамеру и тепловизор и установленную на опорно-поворотном устройстве, закрепленном на подъемно-мачтовом приспособлении и выполненном с возможностью вращения на 360 градусов в азимутальной плоскости, а также с возможностью перемещения по углу места, опорно-поворотное устройство выполнено с возможностью вращения в азимутальной плоскости со скоростью до 120 градусов в секунду и перемещения по углу места на ±60 градусов со скоростью до 100 градусов в секунду, а оптико-электронная система выполнена с возможностью одновременного вывода изображения с камеры и тепловизора на два монитора, причем программное обеспечение комплекса выполнено с возможностью его функционирования под управлением операционной системы Ubuntu Linux.
Также сущность изобретения состоит в том, что наземный транспортный комплекс для обнаружения и распознавания объектов выполнен с возможностью размещения подъемно-мачтового приспособления в походном положении внутри транспортного средства.
Вместе с тем сущность изобретения состоит в том, что наземный транспортный комплекс для обнаружения и распознавания объектов выполнен с возможностью передачи видеоинформации внешним потребителям.
Кроме того, сущность изобретения состоит в том, что в состав наземного транспортного комплекса для обнаружения и распознавания объектов включена система ночного вождения на основе неохлаждаемого тепловизора.
Также сущность изобретения состоит в том, что наземный транспортный комплекс для обнаружения и распознавания объектов выполнен с возможностью автоматического переключения на питание от аккумуляторной батареи.
Вместе с тем сущность изобретения состоит в том, что наземный транспортный комплекс для обнаружения и распознавания объектов выполнен с возможностью автоматической подзарядки аккумуляторной батареи.
Доказательства возможности осуществления наземного транспортного комплекса для обнаружения и распознавания объектов с реализацией указанного назначения приводятся ниже на конкретном примере наземного транспортного комплекса. Этот характерный пример выполнения конкретного наземного транспортного комплекса согласно предлагаемого изобретения ни в коей мере не ограничивает его объем правовой защиты. В этом примере дана лишь конкретная иллюстрация предлагаемого наземного транспортного комплекса. Изобретение поясняется графически, где:
на фиг.1 изображена структура наземного транспортного комплекса;
на фиг.2 изображен наземный транспортный комплекс в аксонометрической проекции, вид сзади;
на фиг.3 изображен технологический отсек комплекса;
на фиг.4 изображен технологический отсек комплекса в аксонометрической проекции со снятой бензиновой электростанцией;
на фиг.5 изображен отсек оператора;
на фиг.6 изображен отсек оператора в аксонометрической проекции;
на фиг.7 изображено транспортное средство в аксонометрической проекции с указанием размещения неохлаждаемого тепловизора и видеомонитора системы ночного вождения.
Наземный транспортный комплекс состоит из транспортного средства (ТС) 1, оптико-электронной системы (ОЭС) 2, подъемно-мачтового устройства 3, системы ночного вождения 4, системы связи и оповещения 5, системы электропитания 6.
ОЭС 2 состоит из опорно-поворотного устройства (ОПУ) 7, на котором установлены модуль видеокамеры 8 и модуль тепловизора 9. Кроме того, ОЭС 2 включает вычислительный модуль 10 и видеоконвертор 11. Вход-выход канала Ethernet ОПУ 7 соединен с первым входом-выходом канала Ethernet коммутатора 12.
Ethernet (от англ. ether - «эфир») - пакетная технология передачи данных преимущественно локальных компьютерных сетей. Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат кадров и протоколы управления доступом к среде - на канальном уровне модели OSI. Ethernet в основном описывается стандартами IEEE группы 802.3. Передачу данных можно осуществлять как с помощью коаксиального кабеля, так и с помощью витой пары или оптического кабеля. Использование последних дает ряд преимуществ, основное из которых - возможность работы в дуплексном режиме (узел может в любой момент времени и передавать, и принимать данные).
Выход модуля тепловизора 9 соединен с первым видеовходом ОПУ 7. Выход видеокамеры 8 соединен со вторым видеовходом ОПУ 7. Видеовыходы ОПУ 7 соединены с входом видеомонитора 13 и с входом видеоконвертора 11. Вход-выход канала Ethernet видеоконвертора И соединен со вторым входом-выходом канала Ethernet коммутатора 12. Третий вход-выход канала Ethernet коммутатора 12 соединен с входом-выходом канала Ethernet вычислительного модуля 10. Выход видеоизображения вычислительного модуля 10 соединен с видеовходом видеомонитора 14. Кроме того, вычислительный модуль 10 соединен с приемником навигационной системы GPS/GLONASS 15, с трекболом 16 и джойстиком 17.
Система ночного вождения 4 состоит из неохлаждаемого тепловизора 18, установленного в переднем бампере транспортного средства 1 и видеомонитора 19, установленного в поле зрения водителя транспортного средства 1. Вход видеосигнала видеомонитора 19 соединен с видеовыходом неохлаждаемого тепловизора 18. Вход напряжения постоянного тока видеомонитора 19 соединен с выходом аккумуляторной батареи транспортного средства (АБТС) 20, имеющей напряжение 12 В.
Система связи и оповещения 5 состоит из сигнальной установки 21 и УКВ радиостанции 22. Входы напряжения постоянного тока сигнальной установки 21 и УКВ радиостанции 22 соединены с выходом АБТС 20.
Также наземный малогабаритный транспортный комплекс содержит креномер 23 и воздушный отопитель 24. Причем вход напряжения постоянного тока воздушного отопителя 24 напрямую соединен с выходом АБТС 20, а вход напряжения постоянного тока креномера 23 соединен с выходом АБТС 20 через пульт управления 25.
Система электропитания 6 состоит из пульта управления 25, бензиновой электростанции 26, аккумуляторной батареи 27 напряжением 24 В постоянного тока, и источника вторичного питания 28. Вход напряжения переменного тока пульта управления 25 соединен с выходом напряжения переменного тока бензиновой электростанции 26, а выход напряжения переменного тока пульта управления 25 - с входом напряжения переменного тока источника вторичного питания 28. Вход напряжения постоянного тока пульта управления 25 соединен с выходом аккумуляторной батареи 27, и с выходом напряжения постоянного тока источника вторичного питания 28. Пульт управления 25 содержит контроллер 29, который выполнен с возможностью автоматического переключения источника вторичного питания 28 на питание от аккумуляторной батареи 27. Управляющий выход контроллера 29 соединен также с входом подъемно-мачтового устройства 3.
Работает наземный малогабаритный транспортный комплекс следующим образом. При достижении заданной точки наблюдения, используют креномер 23 для выбора позиции, при которой наклон ТС 1 не превышает 5 градусов. Напряжение переменного тока ~50 Гц 220 В подают от бензиновой электростанции 26, вынесенной за пределы комплекса, или от промышленной сети. При помощи пульта управления 25 передают это напряжение на источник вторичного питания 28, где его преобразуют в напряжение 27 В постоянного тока, которым затем производят питание всех систем комплекса. При работе от бензиновой электростанции 26 или от промышленной сети, при помощи контроллера 29 из состава пульта управления 25 производят подзарядку аккумуляторной батареи 27.
При кратковременных перерывах питания от бензиновой электростанции 26 или от промышленной сети, при помощи контроллера 29 автоматически переключают источник вторичного питания 28 на питание от аккумуляторной батареи 27 напряжением 24 В постоянного тока, чтобы избежать потери информации и перезагрузки вычислительного модуля 10. При невозможности работы от бензиновой электростанции 26 или от промышленной сети, при помощи контроллера 29 автоматически переключают источник вторичного питания 28 на питание от аккумуляторной батареи 27.
При помощи приемника навигационной системы GPS/GLONASS 15 определяют собственное местоположение комплекса, выдают информацию в виде координат в вычислительный модуль 10, при помощи которого осуществляют топографическую привязку комплекса и выводят на экран видеомонитора 14 собственные координаты комплекса.
При помощи контроллера 29 из состава пульта управления 25 по команде оператора производят подъем подъемно-мачтового устройства 3 из походного положения в рабочее.
При помощи ОПУ 7 осуществляют поворот установленных на нем модуля видеокамеры 8 и модуля тепловизора 9 на необходимое положение по азимуту и по углу места по командам оператора при помощи трекбола 15 и джойстика 17. Изображение от модуля тепловизора 9 в виде аналоговых сигналов через ОПУ 7 передают в видеоконвертор 11. При помощи видеоконвертора 11 производят преобразование сигналов изображения в цифровой вид и передают обработанные сигналы по каналу Ethernet в коммутатор 12. При помощи коммутатора 12 по каналу Ethernet выдают сигналы в вычислительный модуль 10, где их преобразуют в формат телевизионного изображения. Затем полученную картинку передают на видеомонитор 14. Изображение от модуля видеокамеры 8 в виде аналоговых сигналов через ОПУ 7 передают на видеомонитор 13. По команде оператора возможно переключение изображения от модуля видеокамеры 8 на видеомонитор 14, а изображения от модуля тепловизора 9 на видеомонитор 13.
Так как изображение от модуля видеокамеры 8 и от модуля тепловизора 9 одновременно выводят на различные видеомониторы, оператор имеет возможность с большей вероятностью обнаружить, распознать и идентифицировать объект слежения.
Управление движением ОПУ 7 осуществляют при помощи вычислительного модуля 10 путем передачи соответствующих команд в ОПУ 7 через коммутатор 12 по каналу Ethernet.
Управление режимами работы ОЭС 2 осуществляют при помощи трекбола 15 и джойстика 17.
Вычислительный модуль 10 обеспечивает выполнение следующих функций:
- переключение информации, находящейся в поле зрения модуля видеокамеры 8 или модуля тепловизора 9 для отображения на видеомониторе 14 или видеомониторе 13;
- осуществление режима сканирования по программируемой оператором траектории;
- создание панорам местности с возможностью быстрого перевода поля зрения модуля видеокамеры 8 или модуля тепловизора 9 в нужные точки панорамы (до 15 точек);
- документирование видео и тепловизионной информации в виде отдельных кадров или видеоролика с возможностью последующего просмотра;
- функционирование режима «детектора движения» во всем поле зрения или же в выбранных оператором «окнах» с автоматическим документированием только движущихся целей;
- функционирование режима автоматического вывода на экран изображения с максимальным увеличением на объект, зарегистрированный детектором движения;
- автоматический вывод звуковых или голосовых сигналов о наличии в зоне обзора движущихся целей.
Оптико-электронная система имеет следующие характеристики:
В инфракрасном диапазоне при помощи модуля тепловизора 9,
по человеку (1,8×0,5 м):
- обнаружение - до 12,6 км;
- распознавание - до 4,5 км;
- идентификация - до 2,4 км.
по объекту (2,3×2,3 м):
- обнаружение - до 19,3 км;
- распознавание - до 9 км;
- идентификация - до 5,3 км.
Три фиксированных поля зрения:
- узкое 1,2°×0,9°;
- среднее 5°×4°;
- широкое 17°×13,6°.
В видимом диапазоне при помощи модуля видеокамеры 8,
обнаружение цели:
- по большим целям, не менее - до 20,2 км;
- по средним целям - до 11,7 км;
- по малым целям - до 6,3 км;
- по сверхмалым целям - до 3,5 км;
распознавание цели:
- по большим целям - до 16,5 км;
- по средним целям - до 9,8 км;
- по малым целям - до 5,5 км;
- по сверхмалым целям - до 3,1 км.
Характеристики оптико-электронной системы описанного наземного транспортного комплекса для обнаружения и распознавания объектов значительно превышают характеристики большинства известных и применяемых на сегодняшний день оптико-электронных систем. Например, эти характеристики выше характеристик оптико-электронной системы по патенту РФ №2427006, G01S 17/66 на изобретение с приоритетом от 02.09.2009 г.
Коммутатор 12 обеспечивает возможность передачи видеоинформации по каналу Ethernet внешним потребителям.
При необходимости скрытного движения в ночное время, используют систему ночного вождения 4. При помощи неохлаждаемого тепловизора 18, установленного в переднем бампере TC 1, получают изображение местности перед TC 1 в инфракрасном диапазоне и передают его на видеомонитор 19, установленный в поле зрения водителя TC 1, что позволяет водителю вести TC 1 без применения внешних осветительных приборов.