1.本发明涉及光电反制技术领域，特别是涉及一种针对微型飞行目标的反制方法和系统。
背景技术：2.根据最初的一些数据规定，可对微型飞行器做如下表述，特征尺寸不大于15cm；时速为30-60km/h；重量仅50-100g，可携带20g的有效负荷；飞行 20-60min；可实时传输图像。随着无人机技术的不断进步，无人机成本不断下降，微小型无人机不断普及，微型无人机蜂群广泛出现。近年来，以民用无人机、孔明灯、气球等位代表的具有“低慢小”特征的飞行器不受控的生产、使用和扩散，使得这类“低慢小”目标市场面临失控的风险，并已成为国家、民生安全和公共安全的潜在非传统空中威胁。
3.以无人机为典型代表的低慢小飞行器种类繁多，飞行机动灵活，世界各国大力发展多种传感器探测技术，主要包括雷达探测和无线电侦测。目前市场上多采用雷达和无线电解析设备作为无人机发现手段，但对于尺寸更小的目标的探测具有较大难度，且难以区分合作与非合作目标。
4.现阶段对于低慢小目标反制手段有多种，其中以电磁干扰、激光打击、高能微波武器、网弹和网捕最为典型，综合各反制手段的优缺点，目前市场上多采用无线电干扰的方式，但该方式应用的目标种类较少，对于干扰频段外的飞行目标或者某些飞行或移动较快的生物难以达到反制效果。
5.因此，如何解决现有反制系统难以实现对于微型飞行目标反制的问题，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现要素：6.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种针对微型飞行目标的反制方法和系统，可以实现对微型飞行目标的高效智能反制，速率高，精度高，效费比高。其具体方案如下：
7.一种针对微型飞行目标的反制方法，包括：
8.图像获取模块获取包含目标的可见光图像；
9.图像处理模块将获得的图像进行处理，获得所述目标所在空间位置；
10.反制打击模块根据获得的所述空间位置，控制激光打向所述目标。
11.优选地，在本发明实施例提供的上述针对微型飞行目标的反制方法中，所述图像获取模块包括双目相机；
12.所述图像获取模块获取包含目标的可见光图像，包括：
13.利用所述双目相机获取包含目标的左右两幅可见光图像。
14.优选地，在本发明实施例提供的上述针对微型飞行目标的反制方法中，所述图像处理模块包括树莓派；
15.所述图像处理模块将获得的图像进行处理，获得所述目标所在空间位置，包括：
16.利用树莓派对获得的两幅图像进行处理，计算所述目标在相机坐标系中的空间位置。
17.优选地，在本发明实施例提供的上述针对微型飞行目标的反制方法中，计算所述目标在相机坐标系中的空间位置，包括：
18.利用目标检测单元提取出目标的像平面坐标；
19.利用目标定位单元根据提取的所述像平面坐标以及成像参数，计算出目标在相机坐标系中的空间位置。
20.优选地，在本发明实施例提供的上述针对微型飞行目标的反制方法中，所述反制打击模块包括振镜、振镜控制板、激光器以及da芯片；
21.所述反制打击模块根据获得的所述空间位置，控制激光打向所述目标，包括：
22.根据获得的所述空间位置、所述双目相机与所述振镜的位置关系以及所述激光器与所述振镜的位置关系，计算所述目标对应的反射镜转角；
23.由所述da芯片将计算出的角度信息转换为所述振镜驱动的电压信息，并输送到所述振镜控制板；
24.由所述振镜控制板控制所述振镜的两个反射镜进行转动，以将所述激光器发射的激光打向所述目标。
25.优选地，在本发明实施例提供的上述针对微型飞行目标的反制方法中，在利用所述双目相机获取包含目标的左右两幅可见光图像之前，还包括：
26.对所述双目相机进行标定，并对所述双目相机、所述振镜和所述激光器三者进行联合标定。
27.本发明实施例还提供了一种针对微型飞行目标的反制系统，包括：
28.图像获取模块，用于获取包含目标的可见光图像；
29.图像处理模块，用于将获得的图像进行处理，获得所述目标所在空间位置；
30.反制打击模块，用于根据获得的所述空间位置，控制激光打向所述目标。
31.优选地，在本发明实施例提供的上述针对微型飞行目标的反制系统中，所述图像获取模块包括双目相机；
32.所述图像获取模块，具体用于利用所述双目相机获取包含目标的左右两幅可见光图像。
33.优选地，在本发明实施例提供的上述针对微型飞行目标的反制系统中，所述图像处理模块包括树莓派；
34.所述图像处理模块，具体用于利用树莓派对获得的两幅图像进行处理，计算所述目标在相机坐标系中的空间位置。
35.优选地，在本发明实施例提供的上述针对微型飞行目标的反制系统中，所述反制打击模块包括振镜、振镜控制板、激光器以及da芯片；
36.所述反制打击模块，具体用于根据获得的所述空间位置、所述双目相机与所述振镜的位置关系以及所述激光器与所述振镜的位置关系，计算所述目标对应的反射镜转角；由所述da芯片将计算出的角度信息转换为所述振镜驱动的电压信息，并输送到所述振镜控制板；由所述振镜控制板控制所述振镜的两个反射镜进行转动，以将所述激光器发射的激光打向所述目标。
37.从上述技术方案可以看出，本发明所提供的一种针对微型飞行目标的反制方法，包括：图像获取模块获取包含目标的可见光图像；图像处理模块将获得的图像进行处理，获得目标所在空间位置；反制打击模块根据获得的空间位置，控制激光打向目标。
38.本发明提供的上述针对微型飞行目标的反制方法，采用了光电探测和激光打击的方式，可以探测多种不同类型的目标，目标分辨能力强，探测精度高，出现即发现，还可以拦截处置目标多样，通过调整激光功率就可达到不同的打击效果，进而实现对微型飞行目标的高效智能反制，具有高速率，高精度，高效费比等特点，同时也可应用于多个领域，包括国防安全，家庭防护，害虫防治等，另外能够通过对不同模块中的硬件设备更换，以及算法修改即可满足不同的应用需求。
39.此外，本发明还对上述反制方法提供了相应的系统，进一步使得上述反制方法更具有实用性，该系统具有相应的优点。
附图说明
40.为了更清楚地说明本发明实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
41.图1为本发明实施例提供的针对微型飞行目标的反制方法的流程图；
42.图2为本发明实施例提供的相机坐标系示意图；
43.图3为本发明实施例提供的振镜坐标系示意图；
44.图4为本发明实施例提供的反制方法中图像处理和反制打击过程的具体流程示意图；
45.图5为本发明实施例提供的针对微型飞行目标的反制系统的结构示意图；
46.图6为本发明实施例提供的系统精度测试图；
47.图7为本发明实施例提供的系统速度测试图。
具体实施方式
48.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
49.本发明提供一种针对微型飞行目标的反制方法，如图1所示，包括以下步骤：
50.s101、图像获取模块获取包含目标的可见光图像；
51.s102、图像处理模块将获得的图像进行处理，获得目标所在空间位置；
52.s103、反制打击模块根据获得的空间位置，控制激光打向目标。
53.在本发明实施例提供的上述针对微型飞行目标的反制方法中，采用了光电探测和激光打击的方式，可以探测多种不同类型的目标，目标分辨能力强，探测精度高，出现即发现，还可以拦截处置目标多样，通过调整激光功率就可达到不同的打击效果，进而实现对微型飞行目标的高效智能反制，具有高速率，高精度，高效费比等特点，同时也可应用于多个
领域，包括国防安全，家庭防护，害虫防治等，另外能够通过对不同模块中的硬件设备更换，以及算法修改即可满足不同的应用需求。
54.需要说明的是，本发明首先利用图像获取模块获取包含目标的可见光图像，然后利用图像处理模块将获得的图像进行图像处理，从而获得目标在真实空间的坐标，最后利用反制打击模块精确控制激光打向目标。本发明所提硬件架构设计，每个模块均可自行更换性能不同的同类型产品，从而满足不同的应用需求，具有较强的可拓展性。
55.进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述针对微型飞行目标的反制方法中，图像获取模块的主要器件可以包括双目相机；图像处理模块的主要器件可以包括树莓派；反制打击模块的主要器件可以包括振镜、振镜控制板、激光器以及da芯片。该架构设计仅用常规硬件设备就可实现对微型飞行目标的快速反制，且能达到较高精度。
56.在具体实施时，在本发明实施例提供的上述针对微型飞行目标的反制方法中，在利用双目相机获取包含目标的左右两幅可见光图像之前，还可以包括：对双目相机进行标定，并对双目相机、振镜和激光器三者进行联合标定。
57.在实际应用中，对不同器件进行组装后，根据仪器的相对位置，需要建立相应的坐标系，包括双目相机坐标系，激光源坐标系，振镜坐标系；其中，相机坐标系定义如下：如图2所示，左相机01的空间坐标系原点定义左相机透镜中心，z轴与相机主光轴平行，x轴指向右相机02透镜中心并与z轴垂直，y轴满足右手准则，垂直指向地面。右相机空间坐标系按同样规则定义。本方案将左相机空间坐标系作为双目相机坐标系o
4-xyz。
58.需要说明的是，左相机空间坐标系o
4-xyz和理想像空间坐标系o
3-xyz在理想情况下保持重合。但是，在实际情况下，相机坐标系o
4-xyz和理想像空间坐标系o
3-xyz之间必然存在一定角度的安装偏差。这个偏差实际上是由姿态偏差和位置偏差两种误差所组成的。由于位置偏差通常较小，且可以等效融合到其它误差系统当中，所以在处理这些误差的时候，出于简化的考虑，不再处理平移误差，仅考虑姿态误差。
[0059][0060]
其中，m表示3
×
3的安装误差矩阵，体现由理想像空间坐标系o
3-xyz到相机坐标系o
4-xyz的转换矩阵。需要说明的是，任何刚体或者向量的旋转均可以利用3
×
3的矩阵来进行描述，这是定位中的常见操作。m可以表示为由 3个欧拉角形成的旋转矩阵。
[0061]
设左相机内参数为f,cu,cv，[u,v]为图像上某点的像坐标，则该点在双目坐标系的空间射向为：
[0062][0063]
设[x，y，z]为双目相机坐标系o
4-xyz中的一点，[xr,yr,zr]为右相机空间坐标系中
一点，则
[0064][0065]
其中，rc,tc表示右相机空间坐标系相对左相机空间坐标系的位置关系。
[0066]
接下来，激光源坐标系和振镜坐标系定义如下：
[0067]
激光振镜的内部几何可用三个坐标系描述，如图3所示，分别为激光源坐标系s
1-xyz，振镜坐标系s
2-xyz、s
3-xyz。三个坐标系互相平行，可令z轴与振镜n1的旋转轴r
m1
平行，x轴与振镜n2的旋转轴r
m2
平行，y轴则满足右手准则，垂直指向地面。其中vk是测量误差且具有如下特性：
[0068]
在激光源坐标系s
1-xyz中，设激光源射向角为[θ1,θ2]，θ2为激光射向与xz 平面夹角，θ1为激光射向在xz平面投影与x轴的夹角，即：
[0069][0070]
由于激光源坐标系s
1-xyz与振镜坐标系s
2-xyz、s
3-xyz的坐标轴互相平行，则激光射向为：
[0071][0072]
其中，re表示单位矩阵。
[0073]
然后对相机进行标定，并对相机和振镜，激光器三者进行联合标定。标定完成后，系统便可开始工作。
[0074]
在具体实施时，步骤s101图像获取模块获取包含目标的可见光图像，具体可以包括：利用双目相机获取包含目标的左右两幅可见光图像。
[0075]
在具体实施时，步骤s102图像处理模块将获得的图像进行处理，获得目标所在空间位置，具体可以包括：利用树莓派对获得的两幅图像进行处理，计算目标在相机坐标系中的空间位置。
[0076]
上述步骤中计算目标在相机坐标系中的空间位置，如图4所示，具体可以包括：利用目标检测单元提取出目标的像平面坐标；利用目标定位单元根据提取的像平面坐标以及成像参数，计算出目标在相机坐标系中的空间位置。
[0077]
在具体实施时，步骤s103反制打击模块根据获得的空间位置，控制激光打向目标，如图4所示，具体可以包括：首先，利用激光跟瞄控制部分根据获得的空间位置、双目相机与振镜的位置关系以及激光器与振镜的位置关系，计算目标对应的反射镜(振镜的两个反射镜)转角；然后在此基础上，由da 芯片将计算出的角度信息转换为振镜驱动的电压信息，并输送到振镜控制板；最后，由振镜控制板控制振镜的两个反射镜进行转动，以将激光器发射
的激光打向目标。
[0078]
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种针对微型飞行目标的反制系统，由于该系统解决问题的原理与前述一种针对微型飞行目标的反制方法相似，因此该系统的实施可以参见针对微型飞行目标的反制方法的实施，重复之处不再赘述。
[0079]
在具体实施时，本发明实施例提供的针对微型飞行目标的反制系统，如图5所示，具体包括：
[0080]
图像获取模块11，用于获取包含目标的可见光图像；
[0081]
图像处理模块12，用于将获得的图像进行处理，获得目标所在空间位置；
[0082]
反制打击模块13，用于根据获得的空间位置，控制激光打向目标。
[0083]
在本发明实施例提供的上述针对微型飞行目标的反制系统中，可以通过上述三个模块的相互作用，探测并拦截处置多种不同类型的目标，目标分辨能力强，有效实现对微型飞行目标的高效智能反制，具有高速率，高精度，高效费比等特点，同时也可应用于多个领域，包括国防安全，家庭防护，害虫防治等，另外能够通过对不同模块中的硬件设备更换，以及算法修改即可满足不同的应用需求。
[0084]
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述针对微型飞行目标的反制系统中，图像获取模块11包括双目相机；
[0085]
图像获取模块11，具体用于利用双目相机获取包含目标的左右两幅可见光图像。
[0086]
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述针对微型飞行目标的反制系统中，图像处理模块12包括树莓派；
[0087]
图像处理模块12，具体用于利用树莓派对获得的两幅图像进行处理，计算目标在相机坐标系中的空间位置。
[0088]
具体地，树莓派包括目标检测单元和目标定位单元。图像处理模块12，具体可以用于利用目标检测单元提取出目标的像平面坐标；利用目标定位单元根据提取的像平面坐标以及成像参数，计算出目标在相机坐标系中的空间位置。
[0089]
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述针对微型飞行目标的反制系统中，反制打击模块13包括振镜、振镜控制板、激光器以及da芯片；
[0090]
反制打击模块13，具体用于根据获得的空间位置、双目相机与振镜的位置关系以及激光器与振镜的位置关系，计算目标对应的反射镜转角；由da 芯片将计算出的角度信息转换为振镜驱动的电压信息，并输送到振镜控制板；由振镜控制板控制振镜的两个反射镜进行转动，以将激光器发射的激光打向目标。
[0091]
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述针对微型飞行目标的反制系统中，还可以包括：标定模块，用于对双目相机进行标定，并对双目相机、振镜和激光器三者进行联合标定。
[0092]
关于上述各个模块更加具体的工作过程可以参考前述实施例公开的相应内容，在此不再进行赘述。
[0093]
图6是系统精度测试图。精度测试指标为控制系统打击目标，测量激光点打击位置与目标中心实际位置相对距离，测试目标位多个直径7cm的黑色实心圆，对目标从1-21进行编号，布置与距离系统约10米处，测试系统打出激光点与圆心的距离。系统打击各个目标误差结果如图6所示，测试结果分析：由图可知，对距离系统约10米处21各点进行精度测试平
均误差为 15.3mm，误差rmse为17.22mm，即可在10米范围内对2cm大小的目标进行有效打击。
[0094]
图7是系统速度测试图，速度测试指标为系统处理一帧的时间，由图7 可知，系统平均单帧处理时间为76.8ms，处理速度可到13pfs，结合硬件设备，最后能达到的效果为一分钟可同时击打五个小目标。
[0095]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0096]
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本技术的范围。
[0097]
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
[0098]
综上，本发明实施例提供的一种针对微型飞行目标的反制方法，包括：图像获取模块获取包含目标的可见光图像；图像处理模块将获得的图像进行处理，获得目标所在空间位置；反制打击模块根据获得的空间位置，控制激光打向目标。上述反制方法采用了光电探测和激光打击的方式，可以探测多种不同类型的目标，目标分辨能力强，探测精度高，出现即发现，还可以拦截处置目标多样，通过调整激光功率就可达到不同的打击效果，进而实现对微型飞行目标的高效智能反制，具有高速率，高精度，高效费比等特点，同时也可应用于多个领域，包括国防安全，家庭防护，害虫防治等，另外能够通过对不同模块中的硬件设备更换，以及算法修改即可满足不同的应用需求。此外，本发明还对上述反制方法提供了相应的系统，进一步使得上述反制方法更具有实用性，该系统具有相应的优点。
[0099]
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0100]
以上对本发明所提供的针对微型飞行目标的反制方法和系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对
本发明的限制。
技术特征：1.一种针对微型飞行目标的反制方法，其特征在于，包括：图像获取模块获取包含目标的可见光图像；图像处理模块将获得的图像进行处理，获得所述目标所在空间位置；反制打击模块根据获得的所述空间位置，控制激光打向所述目标。2.根据权利要求1所述的针对微型飞行目标的反制方法，其特征在于，所述图像获取模块包括双目相机；所述图像获取模块获取包含目标的可见光图像，包括：利用所述双目相机获取包含目标的左右两幅可见光图像。3.根据权利要求2所述的针对微型飞行目标的反制方法，其特征在于，所述图像处理模块包括树莓派；所述图像处理模块将获得的图像进行处理，获得所述目标所在空间位置，包括：利用树莓派对获得的两幅图像进行处理，计算所述目标在相机坐标系中的空间位置。4.根据权利要求3所述的针对微型飞行目标的反制方法，其特征在于，计算所述目标在相机坐标系中的空间位置，包括：利用目标检测单元提取出目标的像平面坐标；利用目标定位单元根据提取的所述像平面坐标以及成像参数，计算出目标在相机坐标系中的空间位置。5.根据权利要求4所述的针对微型飞行目标的反制方法，其特征在于，所述反制打击模块包括振镜、振镜控制板、激光器以及da芯片；所述反制打击模块根据获得的所述空间位置，控制激光打向所述目标，包括：根据获得的所述空间位置、所述双目相机与所述振镜的位置关系以及所述激光器与所述振镜的位置关系，计算所述目标对应的反射镜转角；由所述da芯片将计算出的角度信息转换为所述振镜驱动的电压信息，并输送到所述振镜控制板；由所述振镜控制板控制所述振镜的两个反射镜进行转动，以将所述激光器发射的激光打向所述目标。6.根据权利要求5所述的针对微型飞行目标的反制方法，其特征在于，在利用所述双目相机获取包含目标的左右两幅可见光图像之前，还包括：对所述双目相机进行标定，并对所述双目相机、所述振镜和所述激光器三者进行联合标定。7.一种针对微型飞行目标的反制系统，其特征在于，包括：图像获取模块，用于获取包含目标的可见光图像；图像处理模块，用于将获得的图像进行处理，获得所述目标所在空间位置；反制打击模块，用于根据获得的所述空间位置，控制激光打向所述目标。8.根据权利要求7所述的针对微型飞行目标的反制系统，其特征在于，所述图像获取模块包括双目相机；所述图像获取模块，具体用于利用所述双目相机获取包含目标的左右两幅可见光图像。9.根据权利要求8所述的针对微型飞行目标的反制系统，其特征在于，所述图像处理模
块包括树莓派；所述图像处理模块，具体用于利用树莓派对获得的两幅图像进行处理，计算所述目标在相机坐标系中的空间位置。10.根据权利要求9所述的针对微型飞行目标的反制系统，其特征在于，所述反制打击模块包括振镜、振镜控制板、激光器以及da芯片；所述反制打击模块，具体用于根据获得的所述空间位置、所述双目相机与所述振镜的位置关系以及所述激光器与所述振镜的位置关系，计算所述目标对应的反射镜转角；由所述da芯片将计算出的角度信息转换为所述振镜驱动的电压信息，并输送到所述振镜控制板；由所述振镜控制板控制所述振镜的两个反射镜进行转动，以将所述激光器发射的激光打向所述目标。
技术总结本申请涉及光电反制技术领域，公开了一种针对微型飞行目标的反制方法和系统，该方法包括：图像获取模块获取包含目标的可见光图像；图像处理模块将获得的图像进行处理，获得目标所在空间位置；反制打击模块根据获得的空间位置，控制激光打向目标。该方法采用了光电探测和激光打击的方式，可以探测多种不同类型的目标，目标分辨能力强，探测精度高，出现即发现，还可以拦截处置目标多样，通过调整激光功率就可达到不同的打击效果，进而实现对微型飞行目标的高效智能反制，具有高速率，高精度，高效费比等特点，同时也可应用于多个领域，包括国防安全，家庭防护，害虫防治等。害虫防治等。害虫防治等。
技术研发人员：汪璞 安玮 石添鑫 樊建鹏 盛卫东 林再平 曾瑶源 李振 李骏 罗伊杭 曹帆之
受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学
技术研发日：2022.05.23
技术公布日：2022/11/1
