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機(jī)場高空瞭望系統(tǒng)是機(jī)場對飛機(jī)起降過程進(jìn)行觀察、監(jiān)視和跟蹤的重要設(shè)備，目前發(fā)達(dá)國家已普遍裝備使用本類設(shè)備，以達(dá)到監(jiān)控機(jī)場起降狀況、及時清除安全隱患、保證航空安全的目的。隨著國內(nèi)外反恐形勢的不斷變化，更突顯出對該類設(shè)備的迫切需求。深圳華瑞通研制的系統(tǒng)具有全天候、跟蹤速度快、覆蓋面廣、作用距離遠(yuǎn)、圖像穩(wěn)定、高清晰的特點，能為飛機(jī)起降、安全控制提供裝備技術(shù)上的強(qiáng)力支持。

機(jī)場高空瞭望系統(tǒng)是針對跟蹤監(jiān)視飛機(jī)起降過程需要而設(shè)計的圖像穩(wěn)定綜合處理系統(tǒng)，它集成了多種高性能成像系統(tǒng)和精密伺服控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的指向器安裝在機(jī)場的跑道起降端，顯控臺安裝在控制室內(nèi)。系統(tǒng)組合采用高性能高清攝像系統(tǒng)進(jìn)行觀察、搜索監(jiān)視、跟蹤目標(biāo)，能高效的發(fā)現(xiàn)、識別和確認(rèn)目標(biāo)。

系統(tǒng)功能規(guī)劃圖：

本次無人飛機(jī)起降光電跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)，就是采用了先進(jìn)的陀螺穩(wěn)定技術(shù)和計算機(jī)圖像處理及控制技術(shù)，能有效地高速鎖定目標(biāo)。該系統(tǒng)可以根據(jù)用戶的要求，靈活選配多種規(guī)格的光學(xué)鏡頭、高清攝像機(jī)、紅外熱像儀等。系統(tǒng)具有如下特點：

1) 采用高端圖像傳感器和智能圖像處理模塊，顯著提高產(chǎn)品性能；

2) 可以組合使用多種主被動光學(xué)傳感器，無論是在晴朗的白天、漆黑的夜間、能見度不佳的霧天，都能有效發(fā)現(xiàn)、捕獲目標(biāo)；

3) 采用先進(jìn)的智能圖像處理技術(shù)、自動小目標(biāo)動態(tài)跟蹤技術(shù)，圖像穩(wěn)定清晰；

4) 采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計技術(shù)，擴(kuò)展性好，維修方便；

5) 采用“三防”、密封設(shè)計技術(shù)，利于惡劣環(huán)境長期使用；

6) 采用了先進(jìn)的陀螺伺服穩(wěn)定技術(shù)，有效隔離強(qiáng)風(fēng)引起的搖擺。

7) 全中文控制界面，操作直觀方便。

在機(jī)場跑道兩端安裝飛機(jī)起降安全跟蹤監(jiān)控-光電智能跟蹤監(jiān)控攝像機(jī)系統(tǒng)，對飛機(jī)起降全程進(jìn)行跟蹤監(jiān)控，同時機(jī)場雷達(dá)聯(lián)動，在飛機(jī)起降過程中出現(xiàn)偏離航線時，系統(tǒng)自動識別并發(fā)出預(yù)警信號，可與飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)聯(lián)動，在預(yù)警后系統(tǒng)自動提示正確航線軌跡，修正導(dǎo)航設(shè)施，讓飛機(jī)重新回歸到正確航線；以加強(qiáng)飛機(jī)起降的安全管理。

規(guī)劃圖如下：

機(jī)場起降跟蹤系統(tǒng)的主要功能如下：

1）通過機(jī)場安裝的高精光學(xué)鏡頭，對機(jī)場跑道空域進(jìn)行24小時成像，實時監(jiān)控機(jī)場飛機(jī)起降狀況；第三代高精度智能控制板采用對焦深度自適應(yīng)快速對焦算法，實現(xiàn)超大視場自適應(yīng)快速對焦，該算法在保持調(diào)焦精度的前提下，能夠在大視場內(nèi)快速聚焦，實現(xiàn)平均對焦時間小于0．5S，一次性對焦成功率高達(dá)95％。

在機(jī)場指揮中心采用智能跟蹤監(jiān)視軟件，與機(jī)場雷達(dá)聯(lián)動后實現(xiàn)對飛機(jī)的起降過程實時自動追蹤；

2）在飛機(jī)起降航線兩側(cè)設(shè)置警戒線，當(dāng)飛機(jī)偏離航線越過警戒線時，系統(tǒng)自動識別并發(fā)出報警信號；

3）系統(tǒng)通過傳輸設(shè)備將前端視頻信號和數(shù)據(jù)信號接入機(jī)場指揮中心，供突發(fā)事件的指揮決策提供參考；

4）實時記錄周邊的視頻圖像資料，為現(xiàn)場情況的事后回現(xiàn)提供豐富的資料。

晝夜成像功能

可見光成像系統(tǒng)的彩色模式非常適合天氣晴朗、能見度良好的狀況下的觀察監(jiān)視識別；黑白模式則具有較高的視頻分辨率和低照度成像能力

具有手動搜索、捕獲和自動跟蹤目標(biāo)的功能

該系統(tǒng)操作十分方便。通過手動操縱單桿可以在不同的轉(zhuǎn)速下對空中目標(biāo)進(jìn)行搜索、觀察和監(jiān)視，對需要監(jiān)視的目標(biāo)可轉(zhuǎn)入自動跟蹤狀態(tài)。

具有良好的視軸穩(wěn)定功能

光電指向器采用球形結(jié)構(gòu)，具有風(fēng)阻小，抗風(fēng)能力強(qiáng)的優(yōu)點；采用陀螺穩(wěn)定系統(tǒng)能夠有效地隔離因強(qiáng)風(fēng)造成的安裝平臺搖擺，從而保持光電攝像系統(tǒng)的穩(wěn)定，得到清晰、穩(wěn)定的圖像，而且保證目標(biāo)圖像始終在電視屏幕上而不丟失。

具有目標(biāo)手動、自動跟蹤鎖定功能

采用先進(jìn)的圖像處理和識別技術(shù)、目標(biāo)自動跟蹤技術(shù)，使要求跟蹤的目標(biāo)保持在電視視場中心。

具有雷達(dá)引導(dǎo)跟蹤功能

通過接入雷達(dá)系統(tǒng)的引導(dǎo)信號實現(xiàn)雷達(dá)與光電的聯(lián)動，充分發(fā)揮雷達(dá)作用距離遠(yuǎn)、光電系統(tǒng)成像直觀的優(yōu)點，及時捕捉到目標(biāo)。

具有偏離航線預(yù)警功能

A. 水平方向航線預(yù)警

Ⅰ.雷達(dá)聯(lián)動預(yù)警：該方式預(yù)警率為100%；采用視頻圖像與機(jī)場雷達(dá)聯(lián)動，利用雷達(dá)的空管性能，當(dāng)飛機(jī)在起降過程中將雷達(dá)探測到的信號提供給終端平臺，系統(tǒng)平臺通過內(nèi)置算法，通過計算自動將雷達(dá)提供的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成云臺角度值，對飛機(jī)進(jìn)行鎖定跟蹤監(jiān)控，當(dāng)飛機(jī)在起降過程中出現(xiàn)偏離航線的情況時，后發(fā)出告警信息給云臺控制系統(tǒng)，云臺接收到信息后鎖定報警飛機(jī)，視頻圖像重點監(jiān)控該飛機(jī)，并發(fā)出預(yù)警信號給后臺管理平臺，在監(jiān)控中心管理軟件中彈出報警界面，顯示報警飛機(jī)的重要視頻信息。

Ⅱ.視覺分析預(yù)警：如果飛機(jī)進(jìn)入跑道上空后水平方向的飛行線路為直線狀態(tài)，即以跑道寬度對應(yīng)到空中位置上去區(qū)域的直線，可利用視頻圖像分析系統(tǒng)，在跑道上空對應(yīng)航道兩側(cè)外圍各設(shè)置一道虛擬警戒線，當(dāng)飛機(jī)在起降過程中偏離航線，跨越警戒線時，視頻圖像分析系統(tǒng)設(shè)備產(chǎn)生一個觸發(fā)報警信號給終端管理系統(tǒng)，在管理監(jiān)控中心管理軟件平臺中彈出報警飛機(jī)畫面窗口，實現(xiàn)偏離航線報警功能。

B．垂直方向航線預(yù)警

對系統(tǒng)軟件做二次開發(fā)，將飛機(jī)起降時垂直方向航線軌跡數(shù)據(jù)編輯到系統(tǒng)軟件中，在系統(tǒng)軟件中預(yù)先設(shè)計出一條標(biāo)準(zhǔn)軌跡路線數(shù)據(jù)庫。監(jiān)控系統(tǒng)與雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)聯(lián)動跟蹤，飛機(jī)在起飛\降落過程中，根據(jù)雷達(dá)提供的飛機(jī)在空間點對應(yīng)的實時數(shù)據(jù)值（飛機(jī)空間坐標(biāo)經(jīng)緯度）系統(tǒng)自動測繪出一條當(dāng)前運動軌跡，該軌跡與系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫軌跡路線進(jìn)行對比，當(dāng)發(fā)現(xiàn)偏離時，系統(tǒng)自動做出判斷并發(fā)出預(yù)警信息；從而實現(xiàn)垂直方向偏離航線的監(jiān)控跟蹤自動識別預(yù)警功能。

如圖中所示，整個飛機(jī)起飛的全程跟蹤監(jiān)控：

系統(tǒng)組成

系統(tǒng)主要由安裝于室外的指向器、現(xiàn)場控制柜和安裝于指揮中心的顯控設(shè)備三部分組成，現(xiàn)場控制柜和顯控設(shè)備之間采用光纖/電纜連接。

室外指向器 可集成高性能可見光攝像傳感器、紅外熱像儀、激光照明器、兩軸轉(zhuǎn)臺、陀螺伺服穩(wěn)定系統(tǒng)等部分組成。

1) 可見光攝像傳感器由二可變長焦自動聚焦鏡頭和高性能高清攝像機(jī)組成。

2) 轉(zhuǎn)臺：由方位座、俯仰包及支撐結(jié)構(gòu)組成。

3) 陀螺伺服穩(wěn)定系統(tǒng)：由直流力矩電機(jī)、直流測速電機(jī)、陀螺、旋轉(zhuǎn)變壓器等組成。

現(xiàn)場控制柜包括：主控機(jī)箱、伺服驅(qū)動器、低壓電源等。

室內(nèi)顯控設(shè)備包括高性能工作站、軌跡球、專用的操控鍵盤（帶操控桿），以及21寸液晶顯示屏。

系統(tǒng)的組成原理框圖如下圖所示。

工作方式

（1） 單桿手動搜索方式

由操作人員手動操縱單桿，控制系統(tǒng)接收到操作員的操縱信息后，驅(qū)動指向器掃描搜索目標(biāo)。

（2） 自動扇掃搜索方式

由操作人員設(shè)定一定的方位觀察范圍，自動對空搜索跟蹤目標(biāo)。

（3） 手動跟蹤目標(biāo)方式

操作人員在屏幕上發(fā)現(xiàn)可疑目標(biāo)后，手動操縱單桿，控制系統(tǒng)接收操作人員的操縱信息，驅(qū)動指向器，使目標(biāo)始終成像在光學(xué)系統(tǒng)視場中心部分。

（4） 自動跟蹤目標(biāo)方式

操作人員在屏幕上發(fā)現(xiàn)感興趣的目標(biāo)后，手動捕獲目標(biāo)，系統(tǒng)自動鎖定目標(biāo)進(jìn)入自動跟蹤狀態(tài)。在目標(biāo)運動過程中，不需進(jìn)一步的操作干預(yù)，控制系統(tǒng)驅(qū)動精密軸系使目標(biāo)始終成像在光學(xué)系統(tǒng)視場中心。

(5) 雷達(dá)引導(dǎo)方式

操作人員將系統(tǒng)設(shè)定為雷達(dá)導(dǎo)引工作狀態(tài)后，可實時接收雷達(dá)發(fā)出的目標(biāo)方位和仰角信息，光電系統(tǒng)根據(jù)雷達(dá)的目標(biāo)指示信息進(jìn)行自動搜索、鎖定和跟蹤指定目標(biāo)。

自動跟蹤原理

系統(tǒng)采用數(shù)字跟蹤技術(shù)，通過采集視頻圖像信號、數(shù)字圖像處理、目標(biāo)識別，分離出目標(biāo)信號和背景信息，獲得被跟蹤目標(biāo)相對視軸的脫靶量。如果目標(biāo)未處于視軸中心，則將脫靶量作為偏差量，經(jīng)校正控制計算后驅(qū)動隨動轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動，使視軸趨于指向目標(biāo)。本系統(tǒng)設(shè)計有兩種跟蹤處理算法，可以根據(jù)實際情況選擇最佳的跟蹤方式。