[发明专利]一种光电毫米波三坐标搜索跟踪装置及方法

说明书

本发明公开了一种光电毫米波三坐标搜索跟踪装置，所述装置包括：光电探测组件(1)、毫米波测距组件(2)、伺服机构(3)和处理组件(4)；所述光电探测组件(1)通过切换为搜索或跟踪模式进行目标的搜索或跟踪；所述毫米波测距组件(2)用于按照光电探测组件(1)给出的目标俯仰角，确定在俯仰向的一维相扫角，将雷达波束指向该角度方向，测定目标的距离和/或径向速度；所述光电探测组件(1)和毫米波测距组件(2)一并安装在伺服机构(3)上；所述处理组件(4)用于处理光电探测组件(1)获取的图像信息，提取目标角位置信息，并控制毫米波测距组件(2)对已获得角位置信息的目标测距和/或测定径向速度。

技术领域

本发明属于光电搜索跟踪和毫米波雷达技术领域，涉及一种利用光电探测设备进行目标搜索或者跟踪、毫米波雷达对光电搜索发现的目标或者跟踪的目标进行测距，以准确及时测量目标位置，特别涉及一种光电毫米波三坐标搜索跟踪装置及方法。

背景技术

小型和超小型无人机使用方便，管控难度大，未经许可容易进入敏感区域，如民航飞机场，对飞机起降安全带来严重隐患。小型和超小型无人机属于典型的飞行高度低、目标特征小、飞行速度慢为特征的“低小慢”目标，而且因飞行高度低，距离地面树木及建筑物近，故背景复杂。

目前，具备对空目标探测的技术手段主要有三种：工作在厘米波及更长波长波段的雷达、工作在毫米波波段的毫米波雷达、工作在可见光和红外波段的光电探测设备。这三类设备的特点和对复杂背景下的“低小慢”目标探测能力为：

(1)雷达。雷达的工作波段一般是3GHz～30GHz(波长10cm～1cm)范围内的厘米波波段和米波波段。搜索雷达的俯仰向波束角很大，一次方位搜索，即可覆盖大范围的区域，但只能给出目标的方位和距离；而且该波段的雷达低仰角跟踪能力差、抗杂波能力低，特别是探测低空小目标能力低；考虑到需要主动发射电磁波，可能对周围电磁环境造成干扰。因此，该类型雷达不适合用于在复杂背景下探测“低小慢”目标。

(2)毫米波雷达。毫米波雷达的波段一般是在30GHz～300GHz(波长是10mm到1mm)的频段。由于毫米波是介于厘米波与光波之间的过渡频段，因此它兼有厘米波与光波的特性，并具有一些独特的特点：

1)与激光相比，毫米波的传播受气候的影响要小得多，可以认为具有全天候工作特性，且探测能力比激光强。

2)和厘米波相比，毫米波的波束更窄。可以在小的天线孔径下得到窄波束，方向性好，对目标具有高横向分辨力；容易检测小目标，包括电力线、电杆和弹丸等。例如一个12cm的天线，在9.4GHz时波束宽度为18°，而94GHz时波速宽度仅1.8°。但不足在于因波束窄而导致搜索能力低，不适合大范围搜索目标。

3)地面杂波和多径效应影响小，低空跟踪性能好，可在复杂背景下使用。

4)有较高的多普勒带宽，多普勒效应明显，具有良好的多普勒分辨力，测速精度较高。

(3)光电探测设备。该类设备为被动工作方式的探测设备，主要是通过接收目标反射光和/或目标红外辐射，来实现目标探测，典型设备有工作在可见光波段的电视摄像机、工作在中波红外和/或长波红外的红外热成像仪，以及通过向目标发射激光来探测和/或测量目标距离的激光雷达和激光测距仪。由于工作在光波波段，波长一般为0.45～1.0μm、3～5μm和8～12μm，波长短，分辨率高，故能有效探测跟踪飞行在复杂背景下的“低小慢”目标，并在跟踪时使用激光测距仪测回目标距离。但受激光测距机激光器发射激光脉冲的能量限制，为实现在较远距离上对小尺寸目标进行测距，激光束散角一般较小，因此，激光测距机一般只能在光电探测设备精确跟踪目标时使用：必须将稳定跟踪目标，使其精确处于光电探测设备的视场中心。但在使用光电探测设备进行大范围目标搜索时，因目标可随机出现在光电探测设备视场中任意位置，因此，在光电探测设备进行搜索的情况下，利用激光测距机难以获得目标的距离值，这在探测“低小慢”目标时，因缺乏目标距离值，不能对目标进行威胁判断，使得光电探测设备搜索效能大幅下降。