傳感器如何在艦船上進行信息融合?
傳感器信息融合是提高海軍艦船目標(biāo)識別能力和戰(zhàn)斗力的有效手段。海軍艦船的傳感器信息融合(雷達、紅外、激光等)由船上的中央計算機完成,它的作用是綜合和解釋來自多個不同傳感器的數(shù)據(jù)。
艦船上安裝的多傳感器系統(tǒng)由可見光攝像機和紅外探測器組成。前者是一個寬視場圖像攝像機,該傳感器可以通過轉(zhuǎn)軸運動去收集目標(biāo)和背景數(shù)據(jù),并具備快速搜索一個大的區(qū)域的能力。后者是一個平臺線掃描陣列系統(tǒng),它對探測點源目標(biāo)有極好的靈敏度并且可以編制掃描頻率和掃描角度的程序。系統(tǒng)軟件控制兩個傳感器去探測和跟蹤寬范圍變化的目標(biāo),收集這些目標(biāo)及其背景的數(shù)據(jù)。信息融合計算機連續(xù)地從每個傳感器那里收集數(shù)據(jù),完成探測、識別、捕捉和跟蹤過程,它還可改變傳感器的參數(shù)去獲得優(yōu)化的目標(biāo)信號數(shù)據(jù)。各個部分的功能具體如下。
1.圖像攝像機
圖像攝像機是一個寬視場內(nèi)部線掃描攝像機,它安裝在一個由計算機控制的獨立的萬向支架上。這樣布局使得系統(tǒng)保持一個穩(wěn)定的圖像,并在圖像攝像機搜索一個區(qū)域的同時用線掃描探測器掃描另外的區(qū)域(通常是小的區(qū)域),它在搜索和探測的時候通常固定在瞄準(zhǔn)線上。當(dāng)線掃描探測器進人探測模式后,攝像機保持瞄準(zhǔn)線對準(zhǔn)探測器的觀察線,以便去收集目標(biāo)的圖像和局部背景。攝像機的靈敏度和分辨率等性能取決于視場寬度和掃描頻率,但在相對近的區(qū)域內(nèi),它足以提供良好的背景和目標(biāo)的圖像。攝像機的定位由計算機控制。定位瞄準(zhǔn)系統(tǒng)在目標(biāo)靠近視場邊界或準(zhǔn)備選擇一個新的搜索區(qū)域時,對攝像機和支架的相對位置進行修正。
2.紅外線掃描探測器
紅外線掃描探測器安裝在一個慣性穩(wěn)定雙軸萬向支架(平臺)上,支架軸的方位和高低角由計算機進行控制。系統(tǒng)軟件控制海面掃描模式,并調(diào)整支架方位頻率、探測器的方位角搜索極限、搜索模型中心和搜索模型每一步的高度角。紅外傳感器系統(tǒng)還包括一個慣性導(dǎo)航系統(tǒng),它用于保證搜索模型固定在某一平面上。
3.數(shù)據(jù)融合處理計算機系統(tǒng)
數(shù)據(jù)融合處理計算機系統(tǒng)包括兩臺并行處理計算機、一臺圖像處理機和一臺控制計算機。兩臺并行處理機同時使用一個共享存儲器去運行數(shù)據(jù)。其中一臺并行控制線掃描探測器及其數(shù)據(jù)收集和慣性導(dǎo)航系統(tǒng);另-臺并行機控制圖像攝像機的專用視頻信息處理機。這個視頻處理機以標(biāo)準(zhǔn)頻率對來自攝像機的圖像進行數(shù)字化和處理。數(shù)據(jù)融合處理系統(tǒng)有以下任務(wù):收集來自每個探測器的數(shù)據(jù),控制確定探測器的探測方位,并對所探測的數(shù)據(jù)進行顯示和記錄。
4.系統(tǒng)軟件
系統(tǒng)軟件的核心是傳感器信息融合軟件,它包括:用于組合來自掃描器和攝像機的數(shù)據(jù)算法和基于該算法的目標(biāo)識別軟件。系統(tǒng)軟件提供三個可選擇的模型來運行整個系統(tǒng)。在第一個模型中,線掃描器是主傳感器,由這個線掃描探測器去發(fā)現(xiàn)和跟蹤目標(biāo),從動的攝像機跟隨線掃描器的位置。這是最常用的模型。因為線掃描器的靈敏度最高,它能夠在攝像機之前確定和發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。在第二個模型中,攝像機是-一個基本的傳感器,它搜索海表面并由信息融合處理機直接處理。這里圖像處理機用于增強來自攝像機的圖像,并且信息融合處理機通過一個高速總線將這些數(shù)據(jù)存儲到圖像處理機中,然后圖像融合處理機跟蹤目標(biāo)并驅(qū)動線掃描機對準(zhǔn)它的位置。在第三個控制模型中,探測器支架沒有連接,允許兩個傳感器以各自搜索模式自主掃描。系統(tǒng)計算機連續(xù)監(jiān)視兩個傳感器,以確定目標(biāo)跟蹤應(yīng)選擇的傳感器。