技术领域
[0001] 本
发明涉及用于指定目标的装置和目标指定方法。
背景技术
[0002] 存在指定目标的指向装置，旨在向武装或战斗船的武器系统提供由操作员在容易构成威胁的观测地点视觉检测到的海陆空目标的
角度坐标。
[0003] 这些装置传统上在视觉防卫操作员的观测时使用。操作员通过使目标与出现在瞄准装置中的光点或十字线重合继续获取目标且然后通过按确认按钮指定目标。
[0004] 面对不对称威胁的增加，这种类型的装置现在构成战舰的必需自卫工具且作为通过电磁检测(雷达)和/或光电检测(红外/可见范围内
炮塔)运行的自动机载系统的补充。
[0005] 像
专利FR2758625描述的被认定为EOD(紧急目标指定器)或QPD(快速指向装置)的这种装置包括由三个FOG(光纤陀螺测试仪)组成的瞄准工具和处理从瞄准装置发出的
信号的工具。陀螺测试仪使鉴定通过目标的三旋
转轴且推理出空间内预定义的参考
框架内的目标来自的方向成为可能。这些数据传输给指挥控制站(例如，战舰的中央操作)且使得比如发射台的行动工具提供待检测目标的精确
位置和
跟踪，且在适用情况下消灭目标。
[0006] 为了补偿陀螺测试仪的任何漂移，必须在有规律的时间间隔(几分钟后)在其
支撑上再校准装置以保存其
精度，这就要求中断监督。
[0007] 此外，使用这种便携装置的操作员在光瞄准工具内使装置与光点重合时，必须瞄准目标。然而，由于平台移动，目标运动和操作员的任何颤抖引起的不
稳定性，通过聚焦实现的瞄准通常不够精确和/或很难执行。在表面能见度较差、炫目、
镜面反射或夜间情况下，这种困难会增加，因为，在这种情况下，操作员的视敏度和瞄准的精确度明显减小。
[0008] 已知的EOD(或QPD)只提供目标的方向，那么目标的距离是在跟踪目标精确成功采取任何消灭行动的遗漏参数。
[0009] 另外，尽管现有装置向EOD指向装置(比如，放大双筒望远镜或夜视(热)
传感器或光强化传感器)额外增加瞄准设备的可能性，但这些装置不适合相连接收设备的多个额外项目。增加或变更具有其自身
接口的设备需要机械安装/拆卸，机械安装/拆卸引起定中心的分解且减小瞄准的精度。
[0010] 此外，EOD装置既不包括从指挥站向操作员传输信息的通信工具，也不包括从操作员向指挥站发送观察结果的通讯信工具。
[0011] 最后已知的装置不包括记录和保存目标指定序号的方法，其剥夺了反馈和合法证据的指挥。
发明内容
[0012] 本发明为了修复这些技术问题，提出了获取目标的装置，装置包括直接瞄准构件，与具有彼此不平行的三轴的陀螺单元关联且首先耦合到
[0013] -用于分析从瞄准构件发出的信号的工具，所述工具能确定瞄准构件和所述目标之间的方向且能将方向传输给具有行动工具的远距控制站，且
[0014] -其次耦合到再校准陀螺单元的工具，
[0015] 其特征在于，装置进一步包括提供目标的照片的图像获取工具，所述获取工具与直接瞄准构件关联且耦合到处理图像的
软件工具和显示所述图像的工具。
[0016] 根据优选实施方式，装置首先包括便携瞄准仪，便携瞄准仪将瞄准构件、陀螺单元、分析从瞄准构件发出的信号的工具以及图像获取和显示工具整合到一起，以及此外，包括具有再校准瞄准仪的工具的支撑盒。
[0017] 根据具体变体，瞄准仪包括具有控制构件的至少一操纵
手柄，控制构件连接到至少一管状元件，至少一管状元件接收所述图像获取工具和所述图像显示工具且承载固定直接瞄准构件的能拆除的构件。
[0018] 根据特殊变体，瞄准仪包括基本平行的两操纵柄，操纵柄连接到两管状构件，分别为
上管状构件和
下管状构件时，操纵柄相对于平行纵轴向上和向前倾斜。
[0019] 根由另一有利变体，再校准工具包括用于支撑和机械再校准瞄准仪的盒，盒具有能拆卸地保持所述仪器的工具、内部电脑以及电
接触接口，电接触接口为仪器通信提供控制站和电源工具。
[0020] 根据替换变体，再校准工具集成在
图像处理工具内。
[0021] 根据具体变体，保持工具包括
定位仪侧翼承载的与一组销钉通过滑动配合的一组纵向槽，销钉至少部分是金属的，承载在盒的底部且让机械接口和所述仪器接触。
[0022] 在适用的情况下，定位仪具有系杆。
[0023] 优选地，两柄相对于管状元件的轴倾斜。
[0024] 根据另一特征，所述定位仪包括两控制构件，两控制构件分别由触发器和手柄构成。
[0025] 根据另一特征，图像获取工具包括至少一摄像机。
[0026] 优选地，这些图像获取工具包括至少两摄像机，至少两摄像机包括夜视摄像机，例如，红外摄像机或光强化摄像机。
[0027] 所述摄像机中的至少一个配备有缩放器和图像稳定
过滤器。
[0028] 有利地，图像获取工具与记录带有位置和日期的所述图像的工具相关联。
[0029] 根据变体实施方式，图像显示工具包括靠近瞄准构件安装在的视频屏幕。
[0030] 根据本发明，有利地为显示工具设置，以能接收来自图像获取工具和远距控制站的信息。
[0031] 有利地，装置进一步包括麦克
风、扬声器和振动器。
[0032] 根据另一变体，陀螺单元包括将
陀螺仪和
加速计结合的MEMS传感器。
[0033] 有利地，瞄准构件与测量到目标的距离的激光测距仪相关联。
[0034] 优选地，为图像获取工具设置使其融合在显示工具上。
[0035] 本发明的另一主题为目标指定方法，其特征在于使用上面定义的装置影响目标指向。
[0036] 本发明的指向装置以直观方式发挥作用且因此被命名为“直观指向装置”或IPD。
[0037] 通过利用在图像处理、增强视觉、基于FOG(光纤陀螺仪)的惯性系统和/或MEMS(微
电子机械系统)，本发明对传统指向或定位装置的改进使得提高紧急目标指定的操作
质量以及首先与最新一代舰船作战系统且其次与商船和海上平台的民事保护用的未来双系统的兼容成为可能。
[0038] 进一步地，具有集成到轻质、紧密小便携仪器的可得指向和显示工具且其次密封盒形式的人体工程学支撑和再校准工具，本发明的装置得以更好平衡且允许监视人员更直接使用。
[0039] 本发明的装置包括指向装置和机械再校准盒。其可在
密闭空间和外面使用。传统的EOD/QPD功能为允许目标获取的直接光学视觉和计算允许目标指定的几何三面体(使用FOG或MEMS)的数据视线，除了传统的EOD/QPD功能外，本发明的装置集成有新型指向系统，新型指向系统通过提供新型功能提高紧急目标指定的操作使用。
[0040] 本发明的装置的指向仪相较于传统装置采用单手或双手提供更稳定握持的人体工程学。此外，摄像使得检测靠近十字线的图像的目标以及使用目标跟踪图像中目标成为可能。下面这种模式因此使得操作员免于颤抖和避免瞄准差异成为可能。
[0041] 此外，本发明的目标获取装置使得获取方向和目标距离以及因此更精确采取消灭行动成为可能。
[0042] 这种装置还包括工具，该工具实时向远程操作中心传输目标的视频图像和音频序列且提供依次再次记录和观察该信息的可能性，以及相反地，在未中断其指向的情况下，向操作员传输来自具有指示器的远距控制站或传感器的辅助信息，便于在目标上进行中继。
[0043] 最后，本发明的装置在不要求实施物理再校准的情况下提供多种选择校准漂移。
附图说明
[0044] 参考下面详细描述的附图，从阅读下面描述得出本发明的其他特征和优势。
[0045] 图1为构成本发明的装置的实施方式的
硬件工具的方
块图。
[0046] 图2为本发明的装置的实施方式的功能工具的方块图。
[0047] 图3为本发明的装置的实施方式的软件工具的方块图。
[0048] 图4A和4B为本发明的装置中使用的指向仪的优选实施方式的透视图。
[0049] 图5A和5B分别为本发明的装置中使用的支撑和再校准盒的优选实施方式的局部爆破剖面图和透视图。
[0050] 为了更加明确，所有图中相同或相似的元件用相同的参考符号标记。
具体实施方式
[0051] 自然地，仅通过非限制性实例给出上面呈现的图和下面描述的图阐明的实施方式。给出了明确的设置，以使这些各种实施方式相结合成为可能，从而提出其他实施方式。
[0052] 考虑到监视目标或可能的消灭目标，本发明的装置旨在指定目标，也就是说，具体地，获取位于操作员所处环境的目标的位置和方向。
[0053] 通常地或传统地，如图1中表所说明，该装置包括操作员在监视情况下使用的直接瞄准构件D。瞄准构件与陀螺单元(在图1中图示示出)或几何三面体相关联，三个不平行的轴优选地基本彼此垂直且耦合到分析瞄准发出的信号的工具，这些信号能够确定瞄准构件和表示目标的目标之间的方向且将方向传输给具有行动工具(开火行为等)的远程指挥和/或控制站。
[0054] 图1中提及的参考资料对应下面的元件：
[0055] CMS：战斗管理系统
[0056] CO：控制站或中央操作
[0057] GPIO：通用输入/输出
[0058] HDMI：高清多媒体接口
[0059] 链路：设备间链路(以太网、蓝牙、Wi-Fi、串行等等)
[0060] NAV：船的
导航系统(尤其是提供载运器艏摇、横摇和纵摇)
[0061] NTP：网络时间协议(时间标记交换同步)
[0063] 优选地，陀螺单元G包括基于优选与加速计(惯性传感器)相结合的FOG或MEMS传感器的几何三面体，且必要时，瞄准构件D与测量到靶定目标距离的激光测距仪相关联。
[0064] 根据本发明，指向装置进一步包括提供一个或多个相继目标的照片(优选为视频)的图像获取工具A。这些图像获取工具与直接瞄准构件D关联且耦合到处理图像的软件工具和显示这些图像的工具E上。
[0065] 图4A和4B说明的实施方式中，本发明的装置包括便携指向仪1，便携指向仪1包括至少一个操纵柄，且在本文中，两个操纵柄11和12，操纵柄具有至少一控制构件。柄11和12提供与至少一管状元件的连接，且在此为朝向两平行纵轴的顶部管状元件和底部管状元件。这两元件中的至少一个，在此为顶部元件1a，接收图像获取工具A和显示这些图像让操作员实时显示这些图像的工具E。
[0066] 顶部元件1a还承载固定直接瞄准构件D和额外设备的可拆卸构件10。这些固定构件由切口纵向槽15构成，切口纵向槽形成，例如“Picatinny”型(MIL-STD 1913轨道)轨道。这些轨道具有
电连接器，电连接器允许在顶部管状元件1上补充连接额外电子设备(图4A和
4B)。
[0067] 在未示出的变体中，指向仪1具有系杆，系杆通过承载在操作员的
肩膀上提高了其抓持
力和稳定性。
[0068] 指向仪的两柄11和12相对于管状元件(分别为顶部管状元件1a和底部管状元件1b)的轴向上和向前倾斜，以便于瞄准。
[0069] 在此的柄承载两控制构件，两控制构件分别由触发器13和操纵杆型的短手柄14组成。
[0070] 图像显示工具E由安装在瞄准构件附近的视频屏幕组成，在此，视频屏幕安装在顶部管状元件1a的后端。
[0071] 指向仪进一步包括麦克风M和振动器，以及必要时，扬声器(未示出)，扬声器提供与其他台的音频连接，具体与远距控制站的连接。
[0072] 图像获取工具A包括视觉范围内的至少一摄像机，优选地，至少两摄像机A、A’，其中一个摄像机为夜视摄像机(中程(3-5微米)或远程(8-12微米)红外(IR))、光强化摄像机、视觉范围内以及
近红外范围(400-1100纳米)的宽带摄像机。根据本发明，为这些摄像机中的至少一个做出设置，使其配备有缩放器和图像稳定过滤器。
[0073] 这些视频图像获取工具(白天和晚上)与基于FOGs(光纤陀螺仪)和/或MEMS(微机电子机械系统)配合以稳定图像且与处理这些图像的工具相联系来工作，这些工具包括集成电脑，集成电脑使用图像处理
算法(比如开放CV库注册商标)且因此得到所谓的“增强”视觉。
[0074] 根据变体，设置图像处理工具，以允许以在显示工具E观测到的复合合成图像的形式合成同一屏幕上的多个图像。
[0075] 指向仪E和具体瞄准构件D也耦合到校准陀螺单元的工具上。这些校准工具可以是机械的且优选地由密封盒2收容，其实施方式在图5A和5B中示出。
[0076] 盒2具有盖21且如果该仪器应用于陆地，盒2固定在船的甲板上或固定基底上。为再校准的目的，该盒适合且旨在为指向仪1提供临时支撑，为了该目的，指向仪1具有能拆除的保持工具。盒2进一步配备有内部电脑、提供指向仪1与远距控制站之间通信的电接触接口以及电源工具(未示出)。
[0077] 然而，这些再校准工具可交替集成在图像获取工具A且盒2仅仅提供支撑、指向仪内部
电池充电(如果指向仪为自足的且没有
连接线)、密
封存储和/或备份再校准。
[0078] 更精确地，从陀螺传感器随着时间漂移且需要在固定支撑物上再校准，从而提供参考位置。根据使用机械再校准的本发明的实施方式，该固定支撑件由盒2组成。然后，通过首先在指向仪1的底部管状元件1b的侧翼的每侧平行延伸的两V形母槽16和其次承载在支撑盒2的内壁且在槽16内滑动的两球形公销钉(图中看不到)之间的配合提供机械再校准。未示出的变体由用圆柱孔口代替其中一槽形成，在其中一圆柱孔口中，销钉相吻合。考虑到在盒2和指向仪1之间提供电接触接口，销钉至少部分是金属的且连接到外部校准工具上。
[0079] 在再校准位置，仪器1在沿着底部管状元件1b(图5A的爆破图中可见)形状的盒20的托架20上，这样与肩膀向前毗邻。由于
枢接臂B的作用，指向仪1在
锁定位置是完全固定化的，以钩挂在柄11上。臂B通过借助
电机单元W(封闭在盒内但图5A中看得见)致动的滚轮(或带)旋转且当指向仪1位于盒2内会被自动
制动。按压指向仪1的控制构件13或14的其中一个促使臂B自动解锁和释放指向仪1。
[0080] 通过位于两公销钉之间的检测器实现检测盒2中指向仪1的存在，该检测器优选地能是不接触的。
[0081] 为了提高本发明装置使用的舒适性且增加其操作可用性，进行设置以在边缘的内侧和外侧安装多个固定支撑和再校准盒。
[0082] 现在将详细描述使用本发明的指向装置的指定目标的模式且作为对图2和3的补充。
[0083] 来自MEMS和/或FOG的
指针位置的计算
[0084] 指向仪位置的连续实时计算可依赖于FOG或MEMS三面体发出的数据，因为这种情况下指向仪在QPD装置上。
[0085] 然而，尽管相较于FOG随着时间变化受到更大漂移妨碍，包括几何三面体和加速计的一些MEMS技术传感器的性能允许这些传感器在本发明的指向装置中使用。基于包括耦合到光纤陀螺仪的三陀螺仪和三加速计的MEMS技术的混合使用，提供限制MEMS陀螺仪与加速计在横摇/纵摇时高漂移以及与FOG在艏摇时的高漂移的优势。
[0086] 指向仪屏幕上视频图像显示
[0087] 本发明的装置为操作员提供实时查看所谓“日光可读”屏幕E上三种类型的视频的可能性，操作员通过聚焦能直觉地从一种类型切换到另一种类型。通过将十字线投射到附近的瞄准构件D将该功能添加到直接视觉。依据操作要求，在屏幕E上显示且让操作员查看常规白天用摄像机或高敏感性摄像机获取的视频，常规白天用摄像机或高敏感性摄像机涵盖可见物到近IR范围(400/1100nm)、彩色或单色。依旧根据操作要求，向操作员呈现非冷却IR摄像机(8/12微米)或光强化摄像机获取的视频。
[0088] 另一查看模式基于图像合成。该模式的目标使用各种
光谱带(例如可见
颜色和红外)下获得的信息的互补性以向操作员提供加强信息且因此提高操作员检测和确定目标的可能性。
[0089] 图像中目标的检测和追踪
[0090] 电脑的分析能力和图像处理算法的发展允许实时计算，从而大大提高了操作功能。因此，本发明的装置充分使用了这些技术以整合应用到海事领域的检测和跟踪算法。在海事领域拍摄的图像的具体情况下，出现的船的镜面反射、波浪、
泡沫或尾流不允许背景的令人满意的建模，像现有情况一样包括统计模型。这一问题需要使用分别适合附近船和远距离船检测的具体算法。
[0092] 操作员看到的图像上的战术数据的嵌入使得引导操作员成为可能。例如，从几何三面体提取的直接在指向仪1的屏幕E上和操作中心的远端台上显示的图像呈现的信息为操作员战术情况的理解提供辅助。
[0093] 在能显示的参数中，可提及下面这些：图像中心的可调节十字线、图像中心的仰角和方位角、检测到的封闭表面物体、环境信息(例如，通过AIS消息接收已知船后，附近船的名字等等)或有助于例如来自操作中心或远程传感器的目标指定的任何信息。在未对与装置使用相关的当前行动造成任何干扰的情况下，在指向仪1的屏幕E上显示信息。
[0094] 瞄准稳定
[0095] 瞄准稳定首先依赖于稳定从陀螺仪三面体发出的图像和数据的常规过滤器的应用以实时消除操作员颤抖，其次依赖于操作员在图像中指定的目标的追踪。
[0096] 在后一种情况，操作员将目标放置在十字线的图像的中心，例如，通过按压触发器，以指定目标；然后，相较于操作员试图保持目标在十字线中心，图像中目标的追踪提供更好的瞄准稳定性。
[0097] 照片的直接传输
[0098] 操作员在屏幕E上看到的视频图像、他的评价以及环境噪音直接传输到操作中心或远程站。由直接集成在指向仪上的麦克风捕获声音顺序。装置也设计为记录视频图像
和声音轨迹且使得视频图像和声音轨迹被读取和/或输出以便分析。
[0099] 距离信息
[0100] 关于与使用陀螺数据获得的瞄准线相关联的目标的距离的信息使得目标从2D指定到3D定位转变成为可能。
[0101] 可以通过向与过滤器关联的指向仪添加激光测距仪获得距离，其目标为拒绝畸形值、减缓测量点状缺失以及同步视线计算。
[0102] 可以与上面解决方案互补的距离信息的测量的替代方式由根据距离追踪算法，使用采用相同装置得出的先前的和后续的目标指定的表面目标距离的估算和指向仪相对海平面海拔组成。
[0103] 行动工具的从属
[0104] 行动工具和目标(例如开火炮塔)消灭工具的从属是通过使用瞄准角度和距离数据借助首先实现想要精度，而其次达到安全
水平的实时算法来完成的。
[0105] 在火炮件控制的情况下，装置集合了具体依赖于武器和第二弹道的射表的主要弹道/未来目标计算，第二弹道使用风速减去移动发火器形成的相对风的速度得到的实际速度。由于船绕平衡点的平移和旋转移动，通过考虑炮的驱动速度还可以进行修正。
[0106] 支撑和再校准盒外部装置的自动再校准
[0107] 指向仪的自动再校准的另一可能性包括当指向仪1相对于船保持不动且三面体仅测量其
姿态移动时，将船的导航单元提供的数据与陀螺仪三面体G测量的数据相比较。
[0108] 计算支撑和再校准盒关于船参考架的偏离
[0109] 机械再校准支撑件必须与船的参考架对齐以确定关于艏摇、横摇和纵摇的偏离。在安装装置时，该过程通常继续进行且需要使用先前对齐的参考传感器或使用确定环境中参考点的经纬仪。一种改进方法包括，当船在航行中时，通过分析导航单元和与封闭并固定在盒2内的指向仪1的陀螺数据的比较，自动计算支撑和再校准盒的位置。
[0110] 然而，如果船没有导航单元，船配备有具有一个或最好两个远程模块(为了获得方向)的同等这种测量单元是可能的。这些测量盒包含GPS、MEMS、
磁强计或加速计类型的传感器。
[0112] 来自两单独摄像机的两图像内的特殊点的检测和跟踪、相对定位以及已知本质参数(缩放比例、传感器尺寸)使得估算摄像机的距离成为可能。然而，这也使得随着时间变化跟踪这些显著点重建摄像机支撑件的移动且因此实时再校准系统的几何单元G成为可能。因此设想的方法包括在指向仪1上定位一对摄像机，一对摄像机提供科通过确定移动用的视觉技术使用的信息。
[0113] 第二选择包括在路径(或相遇点)的重叠点对其自身再校准路径。这一策略特别适合于构建图像
马赛克的问题。当指向仪是不动时，相似的方法使得完全消除漂移成为可能。事实上，在这种情况下，直接计算非常远瞬间之间的相对定位且因此消除集成导致的累积误差是可能的。
[0114] 指向仪捕获的信息和控制站和/或指挥系统发出的信息之间的合作[0115] 中央指挥台控制检测到的各种移动元件(陆地、空、地表或海底)的轨迹以及映射。这些轨迹可以与指向仪的这些轨迹相融合且使得首先再校准惯性传感器(作为指挥系统给出的坐标参考)的漂移成为可能，其次使得增加指挥系统检测到的目标和指向仪单独检测到的目标之间的相对信息成为可能。
[0116] 对于地面目标的特殊情况来说，在没有任何漂移的情况下，与其显著点的映射使得指向仪指定的目标更好定位。
[0117] 在城市环境威胁的特殊情况下，图像获取得到的
建筑物的轮廓使得精确表示威胁(狙击手等)的位置成为可能。
[0118] 借助星星或值得注意的地理点的再校准
[0119] 获取相对于星星或值得注意的地理点和图像获取的指向仪的准确位置使惯性传感器再校准成为可能。
