飞行器指挥控制计算机系统的制作方法

1.本发明涉及飞行器制导控制系统，具体涉及指挥控制计算机系统。


背景技术：

2.目前的飞行器指挥控制计算系统主要功能在于联通指挥单元、发射单元和观测单元对应的操作者，使得各个位置的操作者能够快速获得相应信息，再通过操作者输入指令进行控制操作，但所有的操作判断都是由人参与获得的，这就导致很多操作指令存在滞后性。
3.另外，由于各个单元之间的信息传递需要通过无线电等方式进行，如果传输内容较多，尤其是高分辨率的图像较多时，传输效率必然大打折扣，进一步导致各个系统联动时存在较大的滞后性，例如在判断是否再次发射飞行器时，现有技术中只能待指挥单元接收全部的飞行器着陆前后照片，再经人工分析后给出具体指令，而这个过程需要一定的信息传输时间，可能给目标留出更多的时间进行反击。
4.由于上述原因，本发明人对现有的飞行器指挥系统做了深入研究，以便设计出一种能够解决上述问题的新的飞行器指挥控制计算机系统。


技术实现要素：

5.为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种飞行器指挥控制计算机系统，该系统包括安装在观测无人机中的机载计算机，通过机载计算机调取飞行器着陆前后的照片，及时准确地解算出目标的毁伤情况，再将该信息传输给指挥单元的手持计算机中，使得操作者能够第一时间直接获得目标毁伤状况，并可据此给出下一步操作的具体指令，节省了信息传输时间，减少信息传输总量也能够确保信息传输的安全性，从而完成本发明。
6.具体来说，本发明的目的在于提供一种飞行器指挥控制计算机系统，该系统包括：
7.发射单元，其用于发射飞行器，
8.指挥单元，其中设置有手持计算机，用于与发射单元和观测无人机进行信息交互；
9.观测无人机，其上设置有摄像机、激光照射器和机载计算机，所述机载计算机用于与指挥单元进行信息交互，操控摄像机和激光照射器。
10.其中，所述摄像机31用于实时获取目标区域的地面图像信息，并且从地面图像中寻找目标，
11.所述激光照射器32用于发射激光照射目标。
12.其中，所述机载计算机控制摄像机在特定时间内连续拍摄目标照片，所述特定时间包括飞行器着陆前10秒，和飞行器着陆后30秒内。
13.其中，在所述机载计算机中设置有着陆前存储单元和着陆后存储单元，着陆前存储单元用以剪截并存储摄像机在飞行器着陆前设定时间内拍摄的目标照片；着陆后存储单元用以剪截并存储摄像机在飞行器着陆后设定时间内拍摄的目标照片；所述目标照片都是
在摄像机的图像视场中心实时锁定目标的情况下拍摄得到的；
14.所述机载计算机还用于从着陆前存储单元和着陆后存储单元中各指定一帧照片作为解算照片，据此判断目标的毁伤状况，并将毁伤状况发送至手持计算机。
15.其中，所述剪截照片的过程包括，设置裁剪框，使得裁剪框的中心与图像视场中心重合，裁剪框覆盖的实际区域为(x 0.2)
×
(y 0.2)，其中，x为目标的实际长度，y为目标的实际宽度。
16.其中，飞行器着陆前的照片为飞行器着陆前设定时间t
前
时拍摄的照片，
17.飞行器着陆后的照片为飞行器着陆后设定时间t
后
时拍摄的照片；
18.优选地，所述t
前
通过下式(一)获得：
[0019][0020]
其中，vm为飞行器着陆前10秒内的速度；v
t
为目标的速度；t
温
为当地温度；
[0021]
优选地，所述t
后
的取值为10～30秒。
[0022]
其中，在所述机载计算机中，通过下式(二)获得目标的毁伤状况：
[0023][0024]
其中，f表示目标的毁伤状况，
[0025]
xe表示飞行器着陆前的照片中灰度分布均匀性，
[0026]
ye表示飞行器着陆后的照片中灰度分布均匀性，
[0027]
xs表示飞行器着陆前的照片中灰度分布熵值，
[0028]ys
表示飞行器着陆后的照片中灰度分布熵值，
[0029]
表示飞行器着陆前的照片中灰度方差，
[0030]
表示飞行器着陆后的照片中灰度方差；
[0031]
优选地，当f≥0.8时认为目标被严重破坏，当0.6≤f＜0.8时认为目标被中等破坏，当0.3≤f＜0.6时认为目标被轻微破坏，当f＜0.3时认为目标未破坏。
[0032]
其中，所述飞行器着陆前的照片中灰度分布均匀性通过下式(三)获得：
[0033][0034]
其中，xe表示飞行器着陆前的照片中灰度分布均匀性，
[0035]
照片中横向包含a个像素点，i表示其中任意一个；照片中纵向包含b个像素点，j表示其中任意一个；
[0036]
q(i,j)表示指定的飞行器着陆前的照片中(i,j)位置处像素点出现的频率；
[0037]
优选地，所述飞行器着陆后的照片中灰度分布均匀性通过下式(三’)获得：
[0038]
[0039]
其中，ye表示飞行器着陆后的照片中灰度分布均匀性，
[0040]
照片中横向包含a个像素点，i表示其中任意一个；照片中纵向包含b个像素点，j表示其中任意一个；
[0041]
q(i,j)表示指定的飞行器着陆后的照片中(i,j)位置处像素点出现的频率。
[0042]
其中，所述飞行器着陆前的照片中灰度分布熵值通过下式(四)获得：
[0043][0044]
其中，xs表示飞行器着陆前的照片中灰度分布熵值，
[0045]
lg表示以10为底的对数；
[0046]
优选地，所述飞行器着陆后的照片中灰度分布熵值通过下式(四’)获得：
[0047][0048]
其中，ys表示飞行器着陆后的照片中灰度分布熵值，lg表示以10为底的对数。
[0049]
其中，所述飞行器着陆前的照片中灰度分布方差通过下式(五)获得：
[0050][0051]
其中，表示飞行器着陆前的照片中灰度方差；
[0052]
照片中横向包含a个像素点，i表示其中任意一个；照片中纵向包含b个像素点，j表示其中任意一个；
[0053]
f(i,j)表示(i,j)位置处像素点的灰度值，μ表示图像平均灰度值；
[0054]
优选地，所述飞行器着陆后的照片中灰度方差通过下式(五’)获得：
[0055][0056]
其中，表示飞行器着陆后的照片中灰度方差。
[0057]
本发明所具有的有益效果包括：
[0058]
(1)根据本发明提供的飞行器指挥控制计算机系统，观测无人机上设置有存储单元，能够实时存储拍摄获得的目标照片，并且从中挑选合适的照片进行目标毁伤评估，从而节约了将全部照片传输到指挥单元的手持计算机所花费的大量时间和电能；
[0059]
(2)根据本发明提供的飞行器指挥控制计算机系统中，结合目标照片的图像灰度分布均匀性、熵值和灰度方差来综合判断目标的毁伤状况，使得判断结果更为准确合理，进一步提高该指挥控制计算机系统的整体可靠性。
附图说明
[0060]
图1示出根据本发明一种优选实施方式的飞行器指挥控制计算机系统整体结构逻辑图；
[0061]
图2示出本发明实施例中指定的飞行器着陆前的目标照片；
[0062]
图3示出本发明实施例中指定的飞行器着陆后的目标照片。
[0063]
附图标号说明：
[0064]
1-发射单元
[0065]
11-飞行器
[0066]
2-指挥单元
[0067]
21-手持计算机
[0068]
3-观测无人机
[0069]
31-摄像机
[0070]
32-激光照射器
[0071]
33-机载计算机
具体实施方式
[0072]
下面通过附图和实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。
[0073]
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
[0074]
根据本发明提供的指挥控制计算机系统，如图1中所示，该系统包括：
[0075]
发射单元1，其用于发射飞行器11，
[0076]
指挥单元2，其中设置有手持计算机21，用于与发射单元1和观测无人机3进行信息交互；
[0077]
观测无人机3，其上设置有摄像机31、激光照射器32和机载计算机33，所述机载计算机33用于与指挥单元1进行信息交互，操控摄像机31和激光照射器32。
[0078]
其中，所述手持计算机21包括显示屏和输入按钮，能够实时显示观测无人机获得的目标位置信息，以及观测无人机的位置信息，在飞行器发射前执行射击诸元解算工作，还能够通过电台给激光照射器32和机载计算机33发送激光编码、延时时间、激光照射器能量档位等控制指令信息。
[0079]
在一个优选的实施方式中，所述摄像机31用于实时获取目标区域的地面图像信息，并且从地面图像中寻找目标，所述目标区域是指目标可能存在的区域范围，该区域范围一般为以2.5～3km为半径的圆形区域。在摄像机31中设置有图像数据库，该图像数据库中存储有目标外形信息，能够实时识别地面图像上的物体，并与所述目标外形相比较，当地面图像上的物体与图像数据库中图像相似度达到预设值时，即认为该地面图像上的物体为目标。优选地，所述预设值可以选择为80％～90％。
[0080]
所述激光照射器32用于在发现并锁定目标后，发射激光照射目标，进一步地，在飞行器进入末制导段前两秒的时候发射激光照射目标，以便于减少目标被照射的时间，降低
目标发现观测无人机及飞行器的可能性。
[0081]
在一个优选的实施方式中，在摄像机31锁定目标后，尤其是在激光照射器32开始照射目标后，通过所述机载计算机33控制摄像机31在特定时间内连续拍摄目标照片，所述特定时间包括飞行器着陆前10秒，和飞行器着陆后30秒内。
[0082]
优选地，所述机载计算机33根据发射单元位置、飞行器的飞行速度，解算出飞行器11的理论飞时t，即飞行器的理论飞行时间，由于飞行器在t-2到t 2的时段内必定会着陆，所以可以在飞行器发射后t-2到t 2的时段内判断飞行器是否命中目标。具体地，此过程中摄像机31的图像视场中心实时锁目标，在飞行器11发射后t-2到t 2的时段内，若摄像机31的图像视场中心检测到较大突变，则认为飞行器11着陆且命中目标，优选地，可以设定所述突变是指相邻两张照片灰度平均值变化量超过10％；若直至t 2时刻，摄像机31的图像视场中心无突变，则认为飞行器11着陆但未命中目标，无论是否判断结果如何，都要通过机载计算机33，利用着陆前后照片灰度特性判断目标的毁伤状况。
[0083]
在所述机载计算机33中设置有着陆前存储单元和着陆后存储单元，着陆前存储单元用以剪截并存储摄像机31在飞行器着陆前设定时间内拍摄的目标照片；着陆后存储单元用以剪截并存储摄像机31在飞行器着陆后设定时间内拍摄的目标照片；所述目标照片都是在摄像机31的图像视场中心实时锁定目标的情况下拍摄得到的。
[0084]
所述机载计算机33还用于从着陆前存储单元和着陆后存储单元中各指定一帧照片作为解算照片，据此判断目标的毁伤状况，并将毁伤状况发送至手持计算机21，具体来说，通过电台传输所述毁伤状况，由于信息极其简单，其传输速度快，不易被拦截破坏。
[0085]
在一个优选的实施方式中，所述剪截照片的过程包括，设置裁剪框，使得裁剪框的中心与图像视场中心重合，裁剪框覆盖的实际区域为(x 0.2)
×
(y 0.2)，仅保留剪裁框内的照片像素点；其中，x为目标的实际长度，y为目标的实际宽度。
[0086]
优选地，在通过观测无人机3获得目标照片的过程中，通过下式(六)实时控制无人机的高度；
[0087][0088]
其中，h为观测无人机的最低安全飞行高度，具体取值是在观测无人机出发工作前装订到观测无人机中的，h为观测无人机的悬停高度，θ为摄像机视场光轴中心与铅垂面的夹角，为摄像机的视场范围，x为目标的实际长度，y为目标的实际宽度，x和y的取值可以通过无人机拍摄到的目标照片直接解算得到；观测无人机在满足式(六)的情况下尽可能下降高度h，从而更清晰地拍摄目标照片。
[0089]
在一个优选的实施方式中，飞行器着陆前的照片为飞行器着陆前设定时间t
前
时拍摄的照片，
[0090]
飞行器着陆后的照片为飞行器着陆后设定时间t
后
时拍摄的照片；
[0091]
优选地，所述t
前
通过下式(一)获得：
[0092][0093]
其中，vm为飞行器着陆前10秒内的速度，通过卫星信号接收器获得；v
t
为目标的速度，通过观测无人机3测得；t
温
为当地温度(摄氏度)，通过气象站获得。更优选地，当通过式(一)获得的t
前
值在5～10秒内时，该值是准确的，根据该值选择照片，当通过式(一)获得的t
前
值小于5秒时，将t
前
值设定为5秒，当通过式(一)获得的t
前
值大于10秒时，将t
前
值设定为10秒。
[0094]
优选地，所述t
后
的取值由操作者根据飞行器的类型及天气状况，在飞行器发射前选择设置并装订在飞行器中，该t
后
的具体取值可以选自10～30秒。
[0095]
在一个优选的实施方式中，在所述机载计算机33中，在飞行器着陆后，再经过t
后
时间时，通过下式(二)获得目标的毁伤状况：
[0096][0097]
其中，f表示目标的毁伤状况，
[0098]
xe表示飞行器着陆前的照片中灰度分布均匀性，
[0099]
ye表示飞行器着陆后的照片中灰度分布均匀性，
[0100]
xs表示飞行器着陆前的照片中灰度分布熵值，
[0101]ys
表示飞行器着陆后的照片中灰度分布熵值，
[0102]
表示飞行器着陆前的照片中灰度方差，
[0103]
表示飞行器着陆后的照片中灰度方差。
[0104]
优选地，当f≥0.8时认为目标被严重破坏，当0.6≤f＜0.8时认为目标被中等破坏，当0.3≤f＜0.6时认为目标被轻微破坏，当f＜0.3时认为目标未破坏，本技术中，所述机载计算机33将获得的目标的毁伤状况f的值及自身对毁伤程度的评估结果一并发送给指挥单元的手持计算机，数据量极小，不易被拦截、不易被干扰，以便于操作者能够更为直观地判断目标毁伤状况。
[0105]
在一个优选的实施方式中，所述飞行器着陆前的照片中灰度分布均匀性通过下式(三)获得：
[0106][0107]
其中，xe表示飞行器着陆前的照片中灰度分布均匀性，
[0108]
本技术中，经过剪截后，存储在机载计算机33中的照片都横向包含a个像素点，i表示其中任意一个；照片都纵向包含b个像素点，j表示其中任意一个；即所有可能用来判断目标毁伤状态的照片都经过统一的剪裁，剪裁处理后的照片上像素点数量完全一致。
[0109]
q(i,j)表示指定的飞行器着陆前的照片中(i,j)位置处像素点出现的频率；具体来说，从指定的飞行器着陆前的照片中任意选择一个像素点，即为(i,j)，读取该像素点的灰度值记为i，再分别读取着陆前存储单元中其他所有照片中同一位置(i,j)处像素点的灰
度值，假设着陆前存储单元中共有n张照片，则共得到n个灰度值，计算所述灰度值i在n个值中出现的概率，即为所述频率；需要逐一选取指定的飞行器着陆前的照片中的像素点，再重复a
·
b-1次上述过程，获得指定的飞行器着陆前的照片中每个像素点对应的频率值。
[0110]
优选地，所述飞行器着陆后的照片中灰度分布均匀性通过下式(三’)获得：
[0111][0112]
其中，ye表示飞行器着陆后的照片中灰度分布均匀性，
[0113]
照片中横向包含a个像素点，i表示其中任意一个；照片中纵向包含b个像素点，j表示其中任意一个；
[0114]
q(i,j)表示指定的飞行器着陆后的照片中(i,j)位置处像素点出现的频率。具体来说，从指定的飞行器着陆后的照片中任意选择一个像素点，即为(i,j)，读取该像素点的灰度值记为j，再分别读取着陆后存储单元中其他所有照片中同一位置(i,j)处像素点的灰度值，假设着陆后存储单元中共有m张照片，则共得到m个灰度值，计算所述灰度值j在m个值中出现的概率，即为所述频率；需要逐一选取指定的飞行器着陆后的照片中的像素点，再重复a
·
b-1次上述过程，获得指定的飞行器着陆后的照片中每个像素点对应的频率值。
[0115]
在一个优选的实施方式中，所述飞行器着陆前的照片中灰度分布熵值通过下式(四)获得：
[0116][0117]
其中，lg表示以10为底的对数；
[0118]
优选地，所述飞行器着陆后的照片中灰度分布熵值通过下式(四’)获得：
[0119][0120]
其中，lg表示以10为底的对数。
[0121]
在一个优选的实施方式中，所述飞行器着陆前的照片中灰度分布方差通过下式(五)获得：
[0122][0123]
其中，表示飞行器着陆前的照片中灰度方差；
[0124]
照片中横向包含a个像素点，i表示其中任意一个；照片中纵向包含b个像素点，j表示其中任意一个；
[0125]
f(i,j)表示(i,j)位置处像素点的灰度值，μ表示图像平均灰度值；
[0126]
优选地，所述飞行器着陆后的照片中灰度方差通过下式(五’)获得：
[0127][0128]
其中，表示飞行器着陆后的照片中灰度方差。
[0129]
实施例
[0130]
通过观测无人机发射激光照射机动目标，飞行器的导引头接收目标漫反射的激光信号，控制飞行器飞向目标，通过无人机上的摄像机实时拍摄目标照片，并且将拍摄获得的照片存储在无人机中，具体来说，当无人机开始发射照射激光时就开始控制摄像机拍摄目标照片，在飞行器发射后的t-2到t 2时间段内实时判断飞行器是否着陆，在飞行器着陆前，将拍摄的照片存储在着陆前存储单元中，并且只保留最后10秒的照片，待发现飞行器着陆后，将照片存储在着陆后存储单元中，仅保留着陆后30秒内的照片；
[0131]
对着陆前存储单元和陆后存储单元中的照片做剪裁处理，具体处理过程为：设置实际区域为(x 0.2)
×
(y 0.2)的裁剪框，使得裁剪框的中心与图像视场中心重合，剪裁掉裁剪框以外的部分；
[0132]
在飞行器着陆后，选择着陆前t
前
时拍摄的照片作为指定照片，
[0133][0134]
解算获得t
前
为8.25秒，指定的飞行器着陆前照片如图2中所示。
[0135]
再选择着陆后第20秒时的照片作为指定照片，
[0136]
指定的飞行器着陆后照片如图3中所示。
[0137]
通过下式(三)和(三’)获得飞行器着陆前后的照片中灰度分布均匀性：
[0138][0139][0140]
通过下式(四)和(四’)获得飞行器着陆前后的照片中灰度分布熵值：
[0141][0142][0143]
通过下式(五)和(五’)获得飞行器着陆前后的照片中灰度分布方差：
[0144][0145][0146]
再通过下式(二)获得目标的毁伤状况：
[0147][0148]
上述解算过程中获得的参数如下表所示：
[0149][0150]
最终得到的目标的毁伤状况f＝0.822，可以认为目标被严重破坏。
[0151]
以上结合了优选的实施方式对本发明进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本发明进行多种替换和改进，这些均落入本发明的保护范围内。